JP2019086469A - Radar device and arrival direction estimating device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、レーダ装置及び到来方向推定装置に関する。 The present disclosure relates to a radar device and an arrival direction estimation device.
近年、高分解能が得られるマイクロ波又はミリ波を含む波長の短いレーダ送信信号を用いたレーダ装置の検討が進められている。また、屋外での安全性を向上させるために、車両以外にも、歩行者を含む物体(ターゲット)を広角範囲で検知するレーダ装置(広角レーダ装置)の開発が求められている。 In recent years, studies on a radar apparatus using a radar transmission signal with a short wavelength including microwaves or millimeter waves capable of obtaining high resolution have been advanced. Further, in order to improve the safety outside, development of a radar apparatus (wide-angle radar apparatus) for detecting an object (target) including a pedestrian in a wide-angle range is also required besides vehicles.
例えば、レーダ装置として、パルス波を繰り返し発信するパルスレーダ装置が知られている。広角範囲において車両/歩行者を検知する広角パルスレーダの受信信号は、近距離に存在するターゲット(例えば車両)と、遠距離に存在するターゲット(例えば歩行者)とからの複数の反射波が混合された信号となる。このため、(1)レーダ送信部では、低いレンジサイドローブとなる自己相関特性(以下、低レンジサイドローブ特性と呼ぶ)を有するパルス波又はパルス変調波を送信する構成が要求され、(2)レーダ受信部では、広い受信ダイナミックレンジを有する構成が要求される。 For example, a pulse radar device that repeatedly transmits pulse waves is known as a radar device. The reception signal of the wide-angle pulse radar that detects a vehicle / pedestrian in the wide-angle range is a mixture of multiple reflected waves from a target (for example, a vehicle) present at a short distance and a target (for example a pedestrian) present at a long distance It becomes a signal that has been For this reason, (1) the radar transmitter needs to be configured to transmit a pulse wave or a pulse modulated wave having an autocorrelation characteristic (hereinafter referred to as a low range side lobe characteristic) which results in a low range side lobe, (2) In the radar receiver, a configuration having a wide reception dynamic range is required.
広角レーダ装置の構成として、以下の2つの構成が挙げられる。 The following two configurations can be mentioned as the configuration of the wide-angle radar device.
一つ目は、パルス波又は変調波を狭角(数度程度のビーム幅)の指向性ビームを用いて、機械的又は電子的に走査してレーダ波を送信し、狭角の指向性ビームを用いて反射波を受信する構成である。この構成では、高分解能を得るためには多くの走査が必要となるので、高速移動するターゲットに対する追従性が劣化する。 First, the pulse wave or the modulation wave is mechanically or electronically scanned by using a directional beam with a narrow angle (a beam width of several degrees) to transmit a radar wave, and the directional beam with a narrow angle is transmitted. Is used to receive the reflected wave. In this configuration, a large number of scans are required to obtain high resolution, so the ability to follow targets moving at high speed is degraded.
二つ目は、複数のアンテナ(アンテナ素子)で構成されるアレーアンテナによって反射波を受信し、素子間隔(アンテナ間隔)に対する受信位相差に基づく信号処理アルゴリズムによって反射波の到来角(到来方向)を推定する手法(Direction of Arrival (DOA) estimation)を用いる構成である。この構成では、送信ブランチでの送信ビームの走査間隔を間引いたとしても、受信ブランチにおいて到来角を推定できるので、走査時間の短縮化が図れ、1つ目の構成と比較して追従性が向上する。 The second is that the reflected wave is received by an array antenna composed of a plurality of antennas (antenna elements), and the angle of arrival of the reflected wave (arrival direction) by a signal processing algorithm based on the reception phase difference with respect to the element spacing It is the composition using a method (Direction of Arrival (DOA) estimation) of estimating. In this configuration, even if the scan interval of the transmit beam in the transmit branch is thinned out, the arrival angle can be estimated in the receive branch, so the scan time can be shortened and the followability can be improved compared to the first configuration. Do.
例えば、到来方向推定方法には、アレーアンテナのビーム幅程度の角度分解能が得られるフーリエ・ビームフォーマ法又はアンテナのビーム幅よりも狭い角度分解能を実現できる高分解手法が提案されている。 For example, as a direction of arrival estimation method, a Fourier beam former method capable of obtaining an angular resolution similar to that of the array antenna beam width or a high resolution method capable of realizing an angular resolution narrower than the antenna beam width has been proposed.
高分解手法の一つとして最尤推定法がある(例えば、非特許文献1を参照)。最尤推定法を用いた到来方向推定方法は、到来波の到来が想定される到来角度領域内に定義した探索グリッド内において、最尤推定の原理に基づいて導出された評価関数が最小又は最大となる到来波角度(最尤値)を探索する手法である。この評価関数には、到来波数がパラメータとして含まれる。 There is a maximum likelihood estimation method as one of high resolution methods (see, for example, Non-Patent Document 1). In the direction of arrival estimation method using the maximum likelihood estimation method, an evaluation function derived based on the principle of maximum likelihood estimation is minimum or maximum in a search grid defined within an arrival angle area where arrival of an arrival wave is assumed. It is a method of searching for the arrival wave angle (maximum likelihood value) which becomes The number of incoming waves is included as a parameter in this evaluation function.
最尤推定法は、到来方向推定方法に対してアレーアンテナの形状に依らず適用可能であり、複数の到来波の受信信号間に高い相関性を持つ場合(コヒーレント波)であっても、高い精度で到来波を分離可能である。 The maximum likelihood estimation method is applicable to the direction of arrival estimation method regardless of the shape of the array antenna, and is high even when there is a high correlation between received signals of a plurality of incoming waves (coherent waves) It is possible to separate incoming waves with accuracy.
しかしながら、最尤推定法を用いた到来方向推定では優れた測角性能が得られる一方、到来角(到来方向)を高精度に推定するには探索グリッドを細かくする必要があり、探索のための演算量が増加してしまう場合がある。 However, while the direction of arrival estimation using the maximum likelihood estimation method can obtain excellent angle measurement performance, it is necessary to make the search grid finer in order to estimate the arrival angle (direction of arrival) with high accuracy. The amount of computation may increase.
本開示の一態様は、演算量の増加を抑えて、高精度に測角することができるレーダ装置及び到来方向推定装置を提供する。 One aspect of the present disclosure provides a radar device and an arrival direction estimation device capable of performing angle measurement with high accuracy while suppressing an increase in calculation amount.
本開示の一態様に係るレーダ装置は、送信アレーアンテナを用いてレーダ信号を送信する送信部と、受信アレーアンテナを用いて、前記レーダ信号がターゲットにおいて反射された反射波信号を受信する受信部と、前記受信された反射波信号の到来角を推定する方向推定部と、を具備し、前記方向推定部は、前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの配置に基づいて構成される仮想的な受信アレーに含まれる複数の仮想受信アンテナのうち、第1の方向に直線的に配置される仮想受信アンテナによって構成される第1の仮想直線アレーの受信信号を用いて、前記第1の方向に対する最尤推定処理により前記第1の方向におけるNW(NWは1以上の整数)個の角度に対応する第1の最尤値を算出し、少なくとも前記第1の最尤値を含む前記第1の方向における到来波の第1の到来角候補を抽出する第1の推定部と、前記複数の仮想受信アンテナのうち、前記第1の方向と直交する第2の方向に直線的に配置される仮想受信アンテナによって構成される第2の仮想直線アレーの受信信号を用いて、前記第2の方向に対する最尤推定処理により前記第2の方向における前記NW個の角度に対応する第2の最尤値を算出し、少なくとも前記第2の最尤値を含む前記第2の方向における到来波の第2の到来角候補を抽出する第2の推定部と、前記第1の到来角候補及び前記第2の到来角候補を用いて、前記第1の方向及び前記第2の方向に拡がる2次元平面における前記NW個の到来波の到来角を推定する第3の推定部と、を具備する。 A radar device according to an aspect of the present disclosure includes a transmitting unit that transmits a radar signal using a transmitting array antenna, and a receiving unit that receives a reflected wave signal in which the radar signal is reflected at a target using a receiving array antenna. And a direction estimation unit that estimates an arrival angle of the received reflected wave signal, and the direction estimation unit is virtually configured based on the arrangement of the transmission array antenna and the reception array antenna. Among the plurality of virtual reception antennas included in the reception array, the reception signal of the first virtual linear array configured by the virtual reception antennas linearly arranged in the first direction is used for the first direction. A maximum likelihood estimation process calculates a first maximum likelihood value corresponding to NW (NW is an integer of 1 or more) angles in the first direction, and includes at least the first maximum likelihood value. A first estimation unit that extracts a first arrival angle candidate of an incoming wave in the first direction, and a linear direction in a second direction orthogonal to the first direction among the plurality of virtual reception antennas A second corresponding to the NW angles in the second direction by maximum likelihood estimation processing with respect to the second direction using a reception signal of a second virtual linear array configured by the virtual reception antennas arranged. A second estimation unit that calculates a maximum likelihood value of the first arrival angle candidate and extracts a second arrival angle candidate of the arrival wave in the second direction including at least the second maximum likelihood value; And a third estimation unit configured to estimate angles of arrival of the NW arrival waves in a two-dimensional plane extending in the first direction and the second direction, using the second arrival angle candidate. Do.
本開示の一態様に係る到来方向推定装置は、複数の受信アンテナを用いて、受信された信号の到来角を推定する到来方向推定装置であって、前記複数の受信アンテナのうち、第1の方向に直線的に配置される受信アンテナによって構成される第1の直線アレーの受信信号を用いて、前記第1の方向に対する最尤推定処理により前記第1の方向におけるNW(NWは1以上の整数)個の角度に対応する第1の最尤値を算出し、少なくとも前記第1の最尤値を含む前記第1の方向における到来波の第1の到来角候補を抽出する第1の推定部と、前記複数の受信アンテナのうち、前記第1の方向と直交する第2の方向に直線的に配置される受信アンテナによって構成される第2の直線アレーの受信信号を用いて、前記第2の方向に対する最尤推定処理により前記第2の方向における前記NW個の角度に対応する第2の最尤値を算出し、少なくとも前記第2の最尤値を含む前記第2の方向における到来波の第2の到来角候補を抽出する第2の推定部と、前記第1の到来角候補及び前記第2の到来角候補を用いて、前記第1の方向及び前記第2の方向に拡がる2次元平面における前記NW個の到来波の到来角を推定する第3の推定部と、を具備する。 An arrival direction estimation apparatus according to an aspect of the present disclosure is an arrival direction estimation apparatus that estimates an arrival angle of a received signal using a plurality of reception antennas, the first among the plurality of reception antennas. NW (NW is 1 or more in the first direction) by the maximum likelihood estimation processing for the first direction using the reception signal of the first linear array configured by the receiving antennas linearly arranged in the direction Calculating a first maximum likelihood value corresponding to an integer number of angles, and extracting a first arrival angle candidate of an incoming wave in the first direction including at least the first maximum likelihood value A second linear array of received signals comprising a second linear array of receiving antennas arranged in a second direction orthogonal to the first direction among the plurality of receiving antennas; Maximum likelihood estimation process for the two directions A second maximum likelihood value corresponding to the NW angles in the second direction, and a second arrival angle candidate of the arrival wave in the second direction including at least the second maximum likelihood value; By using the second estimation unit for extracting the second arrival angle candidate and the first arrival angle candidate, the NW in the two-dimensional plane extending in the first direction and the second direction. And a third estimation unit configured to estimate an arrival angle of an incoming wave.
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または、記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。 Note that these general or specific aspects may be realized by a system, method, integrated circuit, computer program, or recording medium, and any of the system, apparatus, method, integrated circuit, computer program, and recording medium It may be realized by any combination.
本開示の一態様によれば、演算量の増加を抑えて、高精度に測角することができる。 According to one aspect of the present disclosure, angle measurement can be performed with high accuracy while suppressing an increase in the amount of computation.
本開示の一態様における更なる利点および効果は、明細書および図面から明らかにされる。かかる利点および/または効果は、いくつかの実施形態並びに明細書および図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、1つまたはそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。 Further advantages and effects of one aspect of the present disclosure are apparent from the specification and the drawings. Such advantages and / or effects may be provided by some embodiments and features described in the specification and drawings, respectively, but need to be all provided to obtain one or more identical features. There is no.
レーダ装置として、受信ブランチに加え、送信ブランチにも複数のアンテナ(アレーアンテナ)を備え、送受信アレーアンテナを用いた信号処理によりビーム走査を行う構成(MIMOレーダと呼ぶこともある)が提案されている(例えば、非特許文献2を参照)。 As a radar device, in addition to the receiving branch, a configuration (sometimes referred to as a MIMO radar) for performing beam scanning by signal processing using a transmitting / receiving array antenna is also proposed, including a plurality of antennas (array antennas) in the transmitting branch. (See, for example, Non-Patent Document 2).
MIMOレーダでは、送受信アレーアンテナにおけるアンテナ素子の配置を工夫することにより、最大で送信アンテナ素子数と受信アンテナ素子数との積に等しい仮想的な受信アレーアンテナ(以下、仮想受信アレーと呼ぶ)を構成することができる。これにより、少ない素子数によってアレーアンテナの実効的な開口長を増大させる効果が得られ、角度分解能を向上させることができる。 In the MIMO radar, a virtual reception array antenna (hereinafter referred to as a virtual reception array) equal to the product of the number of transmission antenna elements and the number of reception antenna elements at the maximum is realized by devising the arrangement of antenna elements in the transmission / reception array antenna. It can be configured. As a result, the effect of increasing the effective aperture length of the array antenna can be obtained with a small number of elements, and the angular resolution can be improved.
このような仮想受信アレーの受信信号を用いて、到来方向推定処理を行うことで、分解能を高めた測角が可能となる。 By performing the arrival direction estimation process using the reception signal of such a virtual reception array, it is possible to perform an angle measurement with an increased resolution.
また、垂直方向又は水平方向の一次元走査(測角)以外にも、垂直方向及び水平方向に拡がる2次元平面におけるビーム走査を行う場合にもMIMOレーダが適用可能である。 In addition to the vertical or horizontal one-dimensional scanning (angle measurement), the MIMO radar is also applicable to beam scanning on a two-dimensional plane extending in the vertical and horizontal directions.
一例として、図1Aは、垂直方向に配置された4個の送信アンテナ(Tx#1〜Tx#4)を含む送信アレーアンテナ、及び、水平方向に配置された4個の受信アンテナ(Rx#1〜Rx#4)を含む受信アレーアンテナを示す。図1Aにおいて、送信アンテナは、垂直方向に等間隔(dV)に配置され、受信アンテナは、水平方向に等間隔(dH)に配置されている。
As an example, FIG. 1A shows a transmit array antenna including four transmit antennas (
図1Bは、図1Aに示すアンテナ配置の送受信アレーアンテナを含む仮想受信アレーを示す。図1Bに示す仮想受信アレーは、水平方向に4アンテナ及び垂直方向に4アンテナが矩形状に配置された16素子の仮想受信アンテナ(VA#1〜VA#16)から構成される。図1Bでは、仮想受信アレーの水平方向及び垂直方向の素子間隔は、それぞれ、dH、dVとなる。すなわち、仮想受信アレーの水平方向及び垂直方向の開口長DH、DVは、それぞれ、3dH、3dVとなる。 FIG. 1B shows a virtual receive array including the transmit and receive array antennas of the antenna arrangement shown in FIG. 1A. The virtual reception array shown in FIG. 1B includes 16 elements of virtual reception antennas (VA # 1 to VA # 16) in which four antennas in the horizontal direction and four antennas in the vertical direction are arranged in a rectangular shape. In FIG. 1B, the horizontal and vertical element intervals of the virtual reception array are d H and d V , respectively. That is, the horizontal and vertical aperture lengths D H and D V of the virtual reception array are 3 d H and 3 d V , respectively.
このような仮想受信アレーにおいて、最尤推定法を用いた到来方向推定方法を適用する場合、垂直方向及び水平方向において定義される探索グリッド内において評価関数が最小又は最大となる到来波角度を探索する。この際、到来角を高精度に推定するために探索グリッドを細かくするほど、探索のための演算量が増加してしまう。 In such a virtual reception array, when applying the DOA estimation method using the maximum likelihood estimation method, the DOA angle with which the evaluation function is minimized or maximized in the search grid defined in the vertical direction and the horizontal direction is searched Do. At this time, as the search grid is made finer in order to estimate the arrival angle with high accuracy, the amount of calculation for the search increases.
これに対して、到来角を高精度に推定する際に局所探索を利用する方法が知られている(例えば、非特許文献1に記載されているAlternative Maximization手法)。しかしながら、このような方法は、初期値が適切に設定されないと局所解に陥り、測角精度が大幅に劣化する可能性がある。 On the other hand, there is known a method of utilizing local search when estimating the arrival angle with high accuracy (for example, the Alternative Maximization method described in Non-Patent Document 1). However, such a method may lead to a local solution if the initial value is not set properly, which may significantly deteriorate the angle measurement accuracy.
また、特許文献1には、到来波の到来が想定される到来角度領域内において、探索グリッドを比較的粗く設定して初期探索を行い、初期探索後に探索範囲を部分的に限定しつつ、探索範囲のグリッドを段階的に細かくすることにより、演算量の削減を図る方法が開示されている。
Further, according to
例えば、最尤推定法を用いて垂直方向(エレベーション)及び水平方向(アジマス)の2次元においてK個の到来波の到来角の推定を行う場合、(NGV×NGH)の2次元グリッドから、K個の異なる組み合わせを探索するため、探索回数Nsearchは次式(1)のように表される。なお、NGVは垂直方向の探索グリッド数を表し、NGHは水平方向の探索グリッド数を表す。
Nsearch = (NGV×NGH) C K (1)
For example, in the case of estimating the arrival angles of K arrival waves in two dimensions in the vertical direction (elevation) and horizontal direction (azimuth) using the maximum likelihood estimation method, from the (NGV × NGH) two-dimensional grid, In order to search K different combinations, the number of searches N search is expressed as in the following equation (1). Note that NGV represents the number of search grids in the vertical direction, and NGH represents the number of search grids in the horizontal direction.
N search = (NGV × NGH) C K (1)
式(1)において、例えば、初期の探索グリッドとして、垂直方向の探索グリッド数NGV=10とし、水平方向の探索グリッド数NGH=10とし、到来波数K=2とする場合、4950回(=100×99/2)の探索が必要となる。 In equation (1), for example, when the number of search grids in the vertical direction NGV = 10, the number of search grids in the horizontal direction NGH = 10 and the number of incoming waves K = 2 as the initial search grid, 4950 times (= 100 A search of × 99/2) is required.
よって、特許文献1に開示された方法では、探索のための演算量が増加してしまう。また、特許文献1において、演算量を削減するために探索グリッド数を低減させると、測角精度が劣化してしまう。
Therefore, in the method disclosed in
そこで、本開示に係る一態様では、最尤推定法を用いて到来方向推定を行う場合に、測角処理における測角精度を維持しつつ探索回数(演算量)を削減する方法について説明する。 Therefore, in one aspect according to the present disclosure, a method of reducing the number of searches (operation amount) while maintaining the angle measurement accuracy in angle measurement processing when the direction of arrival is estimated using the maximum likelihood estimation method will be described.
以下、本開示の一態様に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態において、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は重複するので省略する。 Hereinafter, embodiments according to an aspect of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In the embodiments, the same components are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
なお、以下では、レーダ装置において、送信ブランチにおいて、複数の送信アンテナから符号分割多重された異なる送信信号を送出し、受信ブランチにおいて、各送信信号を分離して受信処理を行う構成について説明する。しかし、レーダ装置の構成は、これに限定されず、送信ブランチにおいて、複数の送信アンテナから周波数分割多重された異なる送信信号を送出し、受信ブランチにおいて、各送信信号を分離して受信処理を行う構成でもよい。また、同様に、レーダ装置の構成は、送信ブランチで複数の送信アンテナから時分割多重された送信信号を送出し、受信ブランチで受信処理を行う構成でもよい。 In the following, in the radar device, a configuration will be described in which different transmission signals code division multiplexed are transmitted from a plurality of transmission antennas in a transmission branch, and each transmission signal is separated and reception processing is performed in a reception branch. However, the configuration of the radar apparatus is not limited to this, and different transmission signals frequency division multiplexed are transmitted from a plurality of transmission antennas in the transmission branch, and each transmission signal is separated and reception processing is performed in the reception branch. It may be a configuration. Also, similarly, the configuration of the radar apparatus may be a configuration in which a transmission branch transmits a time division multiplexed transmission signal from a plurality of transmission antennas, and a reception branch performs reception processing.
[レーダ装置の構成]
図2は、本実施の形態に係るレーダ装置10の構成を示すブロック図である。
[Configuration of radar device]
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the
レーダ装置10は、レーダ送信部(送信ブランチ)100と、レーダ受信部(受信ブランチ)200と、基準信号生成部300と、を有する。
The
レーダ送信部100は、基準信号生成部300から受け取るリファレンス信号に基づいて高周波(無線周波数:Radio Frequency)のレーダ信号(レーダ送信信号)を生成する。そして、レーダ送信部100は、複数の送信アンテナ106−1〜106−Ntによって構成される送信アレーアンテナを用いて、レーダ送信信号を所定の送信周期にて送信する。
The radar transmitter 100 generates a radar signal (radar transmission signal) of high frequency (radio frequency) based on the reference signal received from the
レーダ受信部200は、ターゲット(図示せず)により反射したレーダ送信信号である反射波信号を、複数の受信アンテナ202−1〜202−Naを含む受信アレーアンテナを用いて受信する。レーダ受信部200は、基準信号生成部300から受け取るリファレンス信号を用いて、下記の処理動作を行うことで、レーダ送信部100と同期した処理を行う。すなわち、レーダ受信部200は、各受信アンテナ202において受信した反射波信号を信号処理し、少なくともターゲットの有無検出、方向推定を行う。なお、ターゲットはレーダ装置10が検出する対象の物体であり、例えば、車両(4輪及び2輪を含む)又は人を含む。
The radar receiver 200 receives a reflected wave signal, which is a radar transmission signal reflected by a target (not shown), using a reception array antenna including a plurality of reception antennas 202-1 to 202-Na. The radar reception unit 200 performs processing in synchronization with the radar transmission unit 100 by performing the following processing operation using the reference signal received from the reference
基準信号生成部300は、レーダ送信部100及びレーダ受信部200のそれぞれに接続されている。基準信号生成部300は、基準信号としてのリファレンス信号をレーダ送信部100及びレーダ受信部200に供給し、レーダ送信部100及びレーダ受信部200の処理を同期させる。
The reference
[レーダ送信部100の構成]
レーダ送信部100は、レーダ送信信号生成部101−1〜101−Ntと、送信無線部105−1〜105−Ntと、送信アンテナ106−1〜106−Ntと、を有する。すなわち、レーダ送信部100は、Nt個の送信アンテナ106を有し、各送信アンテナ106は、それぞれ個別のレーダ送信信号生成部101及び送信無線部105に接続されている。
[Configuration of Radar Transmission Unit 100]
The radar transmission unit 100 includes radar transmission signal generation units 101-1 to 101-Nt, transmission radio units 105-1 to 105-Nt, and transmission antennas 106-1 to 106-Nt. That is, the radar transmission unit 100 has
レーダ送信信号生成部101は、基準信号生成部300から受け取るリファレンス信号を所定数倍したタイミングクロックを生成し、生成したタイミングクロックに基づいてレーダ送信信号を生成する。そして、レーダ送信信号生成部101は、所定のレーダ送信周期(Tr)にてレーダ送信信号を繰り返し出力する。レーダ送信信号は、rz(k, M)=Iz(k, M)+j Qz(k, M)で表される。ここで、zは各送信アンテナ106に対応する番号を表し、z=1,…,Ntである。また、jは虚数単位を表し、kは離散時刻を表し、Mはレーダ送信周期の序数を表す。
The radar transmission
各レーダ送信信号生成部101は、符号生成部102と、変調部103と、LPF(Low Pass Filter)104とを含む。以下、第z番目(z=1,…,Nt)の送信アンテナ106に対応するレーダ送信信号生成部101−zにおける各構成部について説明する。
Each radar transmission
具体的には、符号生成部102は、レーダ送信周期Tr毎に、符号長Lの符号系列の符号a(z)n(n=1,…,L)(パルス符号)を生成する。各符号生成部102−1〜102−Ntにおいて生成される符号a(z)n(z=1,…,Nt)には、互いに低相関又は無相関となる符号が用いられる。符号系列としては、例えば、Walsh-Hadamard符号、M系列符号、Gold符号などが挙げられる。
Specifically, the
変調部103は、符号生成部102から受け取る符号a(z)nに対してパルス変調(振幅変調、ASK(Amplitude Shift Keying)、パルスシフトキーイング)又は位相変調(Phase Shift Keying)を行い、変調信号をLPF104へ出力する。
The
LPF104は、変調部103から受け取る変調信号のうち、所定の制限帯域以下の信号成分を、ベースバンドのレーダ送信信号として送信無線部105へ出力する。
The
第z(z=1,…,Nt)番目の送信無線部105は、第z番目のレーダ送信信号生成部101から出力されるベースバンドのレーダ送信信号に対して周波数変換を施してキャリア周波数(Radio Frequency:RF)帯のレーダ送信信号を生成し、送信増幅器により所定の送信電力P[dB]に増幅して第z番目の送信アンテナ106へ出力する。
The z-th (z = 1,..., Nt)
第z(z=1,…,Nt)番目の送信アンテナ106は、第z番目の送信無線部105から出力されるレーダ送信信号を空間に放射する。
The z-th (z = 1,..., Nt)
図3は、レーダ送信部100のNt個の送信アンテナ106から送信されるレーダ送信信号を示す。符号送信区間Tw内には符号長Lのパルス符号系列が含まれる。各レーダ送信周期Trのうち、符号送信区間Twの間にパルス符号系列が送信され、残りの区間(Tr-Tw)は無信号区間となる。1つのパルス符号(a(z)n)あたり、No個のサンプルを用いたパルス変調が施されることにより、各符号送信区間Tw内には、Nr(=No×L)個のサンプルの信号が含まれる。すなわち、変調部103におけるサンプリングレートは、(No×L)/Twである。また、無信号区間(Tr-Tw)には、Nu個のサンプルが含まれる。
FIG. 3 shows a radar transmission signal transmitted from
なお、レーダ送信部100は、レーダ送信信号生成部101の代わりに、図4に示すレーダ送信信号生成部101aを備えてもよい。レーダ送信信号生成部101aは、図2に示す符号生成部102、変調部103及びLPF104を有さず、代わりに符号記憶部111及びDA変換部112を備える。符号記憶部111は、符号生成部102(図2)において生成される符号系列を予め記憶し、記憶している符号系列を巡回的に順次読み出す。DA変換部112は、符号記憶部111から出力される符号系列(デジタル信号)をアナログ信号に変換する。
The radar transmission unit 100 may include a radar transmission signal generation unit 101 a shown in FIG. 4 instead of the radar transmission
[レーダ受信部200の構成]
図2において、レーダ受信部200は、Na個の受信アンテナ202を備え、アレーアンテナを構成する。また、レーダ受信部200は、Na個のアンテナ系統処理部201−1〜201−Naと、方向推定部214(到来方向推定装置)と、を有する。
[Configuration of Radar Reception Unit 200]
In FIG. 2, the radar receiving unit 200 includes
各受信アンテナ202は、ターゲット(物体)に反射したレーダ送信信号である反射波信号を受信し、受信した反射波信号を、対応するアンテナ系統処理部201へ受信信号として出力する。
Each receiving
各アンテナ系統処理部201は、受信無線部203と、信号処理部207とを有する。
Each antenna
受信無線部203は、増幅部204と、周波数変換器205と、直交検波器206と、を有する。受信無線部203は、基準信号生成部300から受け取るリファレンス信号を所定数倍したタイミングクロックを生成し、生成したタイミングクロックに基づいて動作する。具体的には、増幅器204は、受信アンテナ202から受け取る受信信号を所定レベルに増幅し、周波数変換器205は、高周波帯域の受信信号をベースバンド帯域に周波数変換し、直交検波器206は、ベースバンド帯域の受信信号を、I信号及びQ信号を含むベースバンド帯域の受信信号に変換する。
The reception radio unit 203 has an
信号処理部207は、AD変換部208、209と、分離部210−1〜210−Ntと、を有する。
The signal processing unit 207 includes
AD変換部208には、直交検波器206からI信号が入力され、AD変換部209には、直交検波器206からQ信号が入力される。AD変換部208は、I信号を含むベースバンド信号に対して、離散時間でのサンプリングを行うことにより、I信号をデジタルデータに変換する。AD変換部209は、Q信号を含むベースバンド信号に対して、離散時間でのサンプリングを行うことにより、Q信号をデジタルデータに変換する。
The I signal is input to the
ここで、AD変換部208,209のサンプリングでは、レーダ送信信号における1つのサブパルスの時間Tp(=Tw/L)あたり、Ns個の離散サンプルが行われる。すなわち、1サブパルスあたりのオーバーサンプル数はNsとなる。
Here, in the sampling of the
以下の説明では、I信号Ir(k, M)及びQ信号Qr(k, M)を用いて、AD変換部208,209の出力としての第M番目のレーダ送信周期Tr[M]の離散時間kにおけるベースバンドの受信信号を複素数信号x(k, M)=Ir(k, M)+j Qr(k, M)と表す。また、以下では、離散時刻kは、レーダ送信周期(Tr)の開始するタイミングを基準(k=1)とし、信号処理部207は、レーダ送信周期Trが終了する前までのサンプル点であるk=(Nr+Nu)Ns/Noまで周期的に動作する。すなわち、k=1,…,(Nr+Nu)Ns/Noとなる。ここで、jは虚数単位である。
In the following description, using the I signal Ir (k, M) and the Q signal Qr (k, M), the discrete time of the Mth radar transmission period Tr [M] as the output of the
信号処理部207は、送信アンテナ106の個数分の系統数に等しいNt個の分離部210を含む。各分離部210は、相関演算部211と、加算部212と、ドップラー周波数解析部213と、を有する。以下、第z(z=1,…,Nt)番目の分離部210の構成について説明する。
The signal processing unit 207 includes
相関演算部211は、レーダ送信周期Tr毎に、AD変換部208,209から受け取る離散サンプル値Ir(k, M)及びQr(k, M)を含む離散サンプル値x(k, M)と、レーダ送信部100において送信される符号長Lのパルス符号a(z)n(ただし、z=1,…,Nt、n=1,…,L)との相関演算を行う。例えば、相関演算部211は、離散サンプル値x(k, M)と、パルス符号a(z)nとのスライディング相関演算を行う。例えば、第M番目のレーダ送信周期Tr[M]における離散時刻kのスライディング相関演算の相関演算値AC(z)(k, M)は、次式に基づき算出される。
上式において、アスタリスク(*)は複素共役演算子を表す。 In the above equation, the asterisk (*) represents a complex conjugate operator.
相関演算部211は、例えば、式(2)に従って、k=1,…,(Nr+Nu)Ns/Noの期間に渡って相関演算を行う。 The correlation operation unit 211 performs the correlation operation over the period of k = 1,..., (Nr + Nu) Ns / No, for example, according to the equation (2).
なお、相関演算部211は、k=1,…,(Nr+Nu)Ns/Noに対して相関演算を行う場合に限定されず、レーダ装置10の測定対象となるターゲットの存在範囲に応じて、測定レンジ(すなわち、kの範囲)を限定してもよい。これにより、レーダ装置10では、相関演算部211の演算処理量の低減が可能となる。例えば、相関演算部211は、k=Ns(L+1),…,(Nr+Nu)Ns /No-NsLに測定レンジを限定してもよい。この場合、図5に示すように、レーダ装置10は、符号送信区間Twに相当する時間区間では測定を行わない。
The correlation operation unit 211 is not limited to the case where the correlation operation is performed on k = 1,..., (Nr + Nu) Ns / No, and measurement is performed according to the existing range of the target to be measured by the
これにより、レーダ装置10は、レーダ送信信号がレーダ受信部200に直接的に回り込むような場合でも、レーダ送信信号が回り込む期間(少なくともτ1未満の期間)では相関演算部211による処理が行われないので、回り込みの影響を排除した測定が可能となる。また、測定レンジ(kの範囲)を限定する場合、以下で説明する加算部212、ドップラー周波数解析部213及び方向推定部214の処理に対しても、同様に測定レンジ(kの範囲)を限定した処理を適用すればよい。これにより、各構成部での処理量を削減でき、レーダ受信部200における消費電力を低減できる。
Thus, even when the radar transmission signal directly wraps around to the radar reception unit 200, the
加算部212は、第M番目のレーダ送信周期Trの離散時刻k毎に相関演算部211から受け取る相関演算値AC(z)(k, M)を用いて、所定回数(Np回)のレーダ送信周期Trの期間(Tr×Np)に渡って、相関演算値AC(z)(k, M)を加算(コヒーレント積分)する。期間(Tr×Np)に渡る加算数Npの加算(コヒーレント積分)処理は次式で表される。
ここで、CI(z)(k, m)は相関演算値の加算値(以下、相関加算値と呼ぶ)を表し、Npは1以上の整数値であり、mは加算部212における加算回数Npを1個の単位とした場合における加算回数の序数を示す1以上の整数である。また、z=1,…,Ntである。
Here, CI (z) (k, m) represents an addition value of correlation operation values (hereinafter referred to as a correlation addition value), Np is an integer value of 1 or more, and m is the number Np of additions in the
加算部212は、レーダ送信周期Trを単位として得られた相関演算部211の出力を一つの単位として、Np回の加算を行う。つまり、加算部212は、相関演算値AC(z)(k, Np(m-1)+1)〜AC(z)(k, Np×m)を一単位として、離散時刻kのタイミングを揃えて加算した相関値CI(z)(k, m)を離散時刻k毎に算出する。これにより、加算部212は、相関演算値のNp回に渡る加算の効果により、ターゲットからの反射波信号が高い相関を有する範囲において、反射波信号のSNRを向上できる。よって、レーダ受信部200は、ターゲットの到来距離の推定に関する測定性能を向上できる。
The
なお、理想的な加算利得を得るためには、相関演算値の加算回数Npの加算区間において、相関演算値の位相成分がある程度の範囲で揃う条件が必要である。つまり、加算回数Npは、測定対象となるターゲットの想定最大移動速度に基づいて設定されることが好ましい。これは、ターゲットの想定最大速度が大きいほど、ターゲットからの反射波に含まれるドップラー周波数の変動量が大きい。このため、高い相関を有する時間期間が短くなるため、加算回数Npは小さい値となり、加算部212での加算による利得向上効果が小さくなるためである。
In order to obtain an ideal addition gain, a condition is required in which the phase components of the correlation calculation value are aligned within a certain range in the addition section of the number Np of additions of the correlation calculation value. That is, the number of additions Np is preferably set based on the estimated maximum moving speed of the target to be measured. This is because the amount of fluctuation of the Doppler frequency included in the reflected wave from the target increases as the assumed maximum velocity of the target increases. For this reason, since the time period having high correlation becomes short, the number of additions Np becomes a small value, and the gain improvement effect by the addition in the
ドップラー周波数解析部213は、離散時刻k毎に得られた加算部212のNc個の出力であるCI(z)(k, Nc(w-1)+1)〜CI(z)(k,Nc×w)を一単位として、離散時刻kのタイミングを揃えてコヒーレント積分を行う。例えば、ドップラー周波数解析部213は、次式に示すように、2Nf個の異なるドップラー周波数fsΔφに応じた位相変動φ(fs)=2πfs(Tr×Np)Δφを補正した後に、コヒーレント積分を行う。
ここで、FT_CI(z) Nant(k, fs, w)は、ドップラー周波数解析部213における第w番目の出力であり、第Nant番目のアンテナ系統処理部201における離散時刻kでのドップラー周波数fsΔφのコヒーレント積分結果を示す。ただし、Nant=1〜Naであり、fs=-Nf+1,…,0,…,Nfであり、k=1,…, (Nr+Nu)Ns/Noであり、wは1以上の整数であり、Δφは位相回転単位である。
Here, FT_CI (z) Nant (k, fs, w) is the w-th output in the Doppler
これにより、各アンテナ系統処理部201は、離散時刻k毎の2Nf個のドップラー周波数成分に応じたコヒーレント積分結果であるFT_CI(z) Nant(k, -Nf+1,w),…, FT_CI(z) Nant(k, Nf-1, w)を、レーダ送信周期間Trの複数回Np×Ncの期間(Tr×Np×Nc)毎に得る。なお、jは虚数単位であり、z=1,…,Ntである。
Thus, each antenna
Δφ=1/Ncとした場合、上述したドップラー周波数解析部213の処理は、サンプリング間隔Tm=(Tr×Np)、サンプリング周波数fm=1/Tmで加算部212の出力を離散フーリエ変換(DFT)処理していることと等価である。
When Δφ = 1 / Nc, the processing of the above-described Doppler
また、Nfを2のべき乗の数に設定することで、ドップラー周波数解析部213では、高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)処理を適用でき、演算処理量を削減できる。なお、Nf>Ncでは、q>Ncとなる領域においてCI(z)(k、Nc(w-1)+q)=0とするゼロ埋め処理を行うことで、同様にFFT処理を適用でき、演算処理量を削減できる。
Further, by setting Nf to the number of powers of 2, the Doppler
また、ドップラー周波数解析部213において、FFT処理の代わりに、上式(4)に示す積和演算を逐次的に演算する処理を行ってもよい。つまり、ドップラー周波数解析部213は、離散時刻k毎に得られた加算部212のNc個の出力であるCI(z)(k, Nc(w-1)+q+1)に対して、fs=-Nf+1,…,0,…,Nf-1に対応する係数exp[-j2πfsTrNpqΔφ]を生成し、逐次的に積和演算処理してもよい。ここで、q=0〜Nc−1である。
Further, in the Doppler
なお、以下の説明では、Na個のアンテナ系統処理部201の各々において同様の処理を施して得られた第w番目の出力FT_CI(z) 1(k, fs, w), FT_CI(z) 2(k, fs, w),…, FT_CI(z) Na(k, fs, w)を、次式のように仮想受信アレー相関ベクトルh(k, fs, w)として表記する。仮想受信アレー相関ベクトルh(k, fs, w)は、送信アンテナ数Ntと受信アンテナ数Naとの積であるNt×Na個の要素を含む。仮想受信アレー相関ベクトルh(k, fs, w)は、後述する、ターゲットからの反射波信号に対して受信アンテナ202間の位相差に基づく方向推定を行う処理の説明に用いる。ここで、z=1,…,Ntであり、b=1, …, Naである。
以上、信号処理部207の各構成部における処理について説明した。 The process in each component of the signal processing unit 207 has been described above.
方向推定部214は、アンテナ系統処理部201−1〜201−Naから出力されるw番目のドップラー周波数解析部213の仮想受信アレー相関ベクトルh(k, fs, w)に対して、送信アレーアンテナ間及び受信アレーアンテナ間の位相偏差及び振幅偏差を補正するアレー補正値h_cal[y]を乗算することにより、アンテナ系統処理部201間の位相偏差及び振幅偏差を補正した仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k, fs, w)を算出する。仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k, fs, w)は次式で表される。なお、y=1,…,(Nt×Na)である。
アンテナ間偏差を補正した仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k, fs, w)は、Na×Nt個の要素からなる列ベクトルである。以下では、仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k, fs, w)の各要素をh1(k, fs, w),…,hNt×Na(k, fs, w)と表記して、方向推定処理の説明に用いる。 A virtual reception array correlation vector h_after_cal (k, fs, w) corrected for the deviation between antennas is a column vector consisting of Na × Nt elements. In the following, each element of the virtual reception array correlation vector h_after_cal (k, fs, w) is written as h 1 (k, fs, w), ..., h Nt × Na (k, fs, w) Used to explain the estimation process.
方向推定部214は、到来反射波の受信アンテナ間の位相差に基づいて水平方向及び垂直方向の到来方向推定処理を行う。
The
[レーダ装置10における到来方向推定方法]
以上の構成を有するレーダ装置10における到来方向推定方法の詳細について説明する。
[Method of Estimating Direction of Arrival in Radar Device 10]
Details of the direction of arrival estimation method in the
図6は、図2に示すレーダ装置100における方向推定部214(到来方向推定装置)の内部構成例を示すブロック図である。 FIG. 6 is a block diagram showing an example of an internal configuration of the direction estimation unit 214 (arrival direction estimation device) in the radar device 100 shown in FIG.
なお、以下の説明では、レーダ装置10における到来波数(以下、NWと表す)を2波とする。すなわち、方向推定部214は、水平方向及び垂直方向の2次元平面において2波の到来角を推定する。なお、到来波数NWは2波に限らず、1波でもよく、3波以上でもよい。
In the following description, the number of incoming waves (hereinafter, referred to as NW) in the
図6に示す方向推定部214は、アンテナ間偏差補正部241と、水平方向アレー最尤推定部242と、垂直方向アレー最尤推定部243と、水平/垂直方向最尤推定部244と、を有する。
The
アンテナ間偏差補正部241は、上述したように、アンテナ系統処理部201−1〜201−Naから出力されるドップラー周波数解析部213の仮想受信アレー相関ベクトルh(k, fs, w)に対して、アレー補正値h_cal[y]を乗算することにより、アンテナ系統処理部201間の位相偏差及び振幅偏差を補正する(例えば、式(7)を参照)。
As described above, the inter-antenna
<水平方向アレー最尤推定部242の動作>
水平方向アレー最尤推定部242は、アンテナ間偏差補正部241から入力される、アンテナ間偏差を補正した仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k、fs, w)に基づいて、以下の処理を行う。
<Operation of Horizontal Direction Array
The horizontal array maximum
具体的には、まず、水平方向アレー最尤推定部242は、アンテナ間偏差を補正した仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k、fs, w)に含まれる、仮想受信アンテナVA#1,…, VA#(Nt×Na)にそれぞれ対応する要素から、仮想受信アレー上において水平方向に3アンテナ以上の直線アレーを構成する仮想水平方向直線アレーの要素から構成される水平方向アレー相関ベクトルhSubH(k、fs, w)を抽出する。なお、以下では、仮想水平方向直線アレーの各々を構成する要素数(つまり、仮想受信アンテナ数)を「NVAH」とする(ここでは、NVAHは3以上の値)。
Specifically, first, the horizontal array maximum
そして、水平方向アレー最尤推定部242は、抽出した水平方向アレー相関ベクトルhSubH(k、fs, w)を用いて、水平方向に対する最尤推定処理を行う。水平方向の最尤推定では、水平方向アレー最尤推定部242は、所定の水平方向の探索グリッド内において、最尤推定の原理に基づく所定の評価関数ESubH(θ(1),θ(2) , …,θ(NW))が最小又は最大となる角度(最尤値)を算出する。ここで、NWは到来波数を表す。
Then, the horizontal array maximum
なお、到来波数NWは、予め固定した波数を用いてもよく、仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k、fs, w)を用いて適応的に可変にしてもよい。到来波数の推定には、MDL(Minimum Description Length)又はAIC(Akaike Information Criteria)等を用いてもよい。 The number of incoming waves NW may be fixed in advance or may be adaptively varied using a virtual reception array correlation vector h_after_cal (k, fs, w). For estimation of the number of incoming waves, MDL (Minimum Description Length) or AIC (Akaike Information Criteria) may be used.
また、仮想受信アレー上において仮想水平方向直線アレーを構成するアンテナ数は、3アンテナに限定されず、仮想水平方向直線アレーは到来波数NWに応じて少なくとも(NW+1)個の仮想受信アンテナで構成されればよい。 Further, the number of antennas constituting the virtual horizontal linear array on the virtual reception array is not limited to 3 antennas, and the virtual horizontal linear array is at least (NW + 1) virtual reception antennas according to the number of incoming waves NW. It should just be comprised.
また、仮想受信アレー上において水平方向に3アンテナ以上の直線アレーを構成する仮想水平方向直線アレーが複数存在する場合、水平方向アレー最尤推定部242は、各仮想水平方向直線アレーに含まれる要素からそれぞれ構成される複数個の水平方向アレー相関ベクトル{hSubH(1)(k、fs, w)、hSubH(2)(k、fs, w)、…, hSubH(NsubH)(k、fs, w)}を用いて、最尤推定の原理に基づく所定の評価関数ESubH(θ(1),θ(2) , …,θ(NW))が最小又は最大となる角度(最尤値)を算出する。ここで、仮想受信アレー上において水平方向に3アンテナ以上の仮想水平方向直線アレーの個数(水平方向アレー相関ベクトルの数)を「NsubH」とする。
When there are a plurality of virtual horizontal direction linear arrays constituting a linear array of three or more antennas in the horizontal direction on the virtual reception array, the horizontal direction array maximum
また、最尤推定の原理に基づく所定の評価関数ESubH(θ(1),θ(2) , …,θ(NW))としては、例えば次式(8)、(9)、(10)を用いることができる。
ここで、aSubH(θu,αSH)は、水平方向アレー方向ベクトルを表し、仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k、fs, w)に含まれる要素VA#1,…, VA#(Nt×Na)のうち、仮想水平方向直線アレーの要素に対応した成分を仮想受信アレーの方向ベクトルa(θu,φv)から抽出した方向ベクトルである。なお、αSHは固定方向であり、例えば0°方向でもよく、他の方向でもよい。
Here, a SubH (θ u , α SH ) represents a horizontal array direction vector, and
式(8)では、評価関数ESubH(θ(1),θ(2) , …,θ(NW))を最小化する角度(θ(1),θ(2) , …,θ(NW))が最尤値である。水平方向アレー最尤推定部242は、水平方向の探索グリッド内において最尤値となる角度(θML (1),θML (2) , …,θML (NW))を水平/垂直方向最尤推定部244へ出力する。
In equation (8), the evaluation function E SubH (θ (1), θ (2), ..., θ (NW)) to minimize the angle (θ (1), θ ( 2), ..., θ (NW) ) Is the maximum likelihood value. The horizontal array maximum
式(8)に示すように、水平方向アレー最尤推定部242は、複数(NsubH個)の仮想水平方向直線アレーの受信信号(水平方向アレー相関ベクトルhSubH(k、fs, w))を用いることにより、受信品質(例えば、SNR)を向上させて最尤値を算出することができる。なお、レーダ装置10における受信品質が十分に良好である場合には、水平方向アレー最尤推定部242は、複数の仮想水平方向直線アレーのうち所定数(少なくとも1つ)の仮想水平方向直線アレーの受信信号を用いて最尤値を算出してもよい。これにより、受信品質を維持しつつ、演算量を削減することができる。
As shown in equation (8), the horizontal array maximum
また、方向ベクトルa(θu,φv)は、方位方向θ及び仰角方向φからレーダ反射波が到来した場合の仮想受信アレーアンテナの複素応答を要素とした(Nt×Na)次の列ベクトルである。仮想受信アレーアンテナの複素応答a(θu,φv)は、アンテナ間の素子間隔で幾何光学的に算出される位相差を表す。 Also, the direction vector a (θ u , φ v ) is an (Nt × Na) -order column vector whose element is the complex response of the virtual reception array antenna when the radar reflected wave arrives from the azimuth direction θ and the elevation direction φ. It is. The complex response a (θ u , φ v ) of the virtual reception array antenna represents the phase difference calculated geometrically by the element spacing between the antennas.
すなわち、仮想受信アレーアンテナの複素応答a(θu,φv)は、レーダ装置10における仮想受信アレー配置が定まれば一意に算出される値である。よって、水平方向アレー最尤推定部242は、仮想受信アレー配置VA#1,…, VA#(Nt×Na)に基づいて、方向ベクトルa(θu,φv)を予め算出し、記憶してもよい。
That is, the complex response a (θ u , φ v ) of the virtual reception array antenna is a value uniquely calculated if the virtual reception array arrangement in the
または、水平方向アレー最尤推定部242は、方位方向θ及び仰角方向φからレーダ反射波が到来した場合の仮想受信アレーアンテナの複素応答を測定した値を、方向ベクトルa(θu,φv)として記憶してもよい。この場合、方向ベクトルa(θu,φv)には、アレーアンテナ間の方向に依存する偏差も含まれるため、方向推定部214は、理想的に幾何光学的に算出される位相からのずれも同時に補正することができ、より高精度な測角処理が可能となる。
Alternatively, the horizontal array maximum
また、評価関数に使用されるパラメータのうち、方向ベクトルa(θu,φvに関するパラメータである、式(10)に含まれる(ASubH(ns) HASubH(ns))-1ASubH(ns) Hは、仮想受信アレー配置に依存して決定される値であり、角度毎に固定値である。水平方向アレー最尤推定部242は、(ASubH(ns) HASubH(ns))-1ASubH(ns) Hを、水平方向の探索グリッド内の角度毎に算出してもよい。または、水平方向アレー最尤推定部242は、(ASubH(ns) HASubH(ns))-1ASubH(ns) Hの算出結果を予め記憶してテーブル化し、角度毎に読み出す構成を用いてもよい。これにより、式(10)に示す演算処理の一部が不要となり演算量を削減できる。また、角度毎に読み出す構成を用いる場合、(ASubH(ns) HASubH(ns))-1ASubH(ns) Hを記憶するためのメモリ回路が必要となるが、乗算器又は加算器等の演算回路を削減することが可能である。 In addition, among the parameters used in the evaluation function, the direction vector a (theta u, is a parameter related to phi v, is included in the formula (10) (A SubH (ns ) H A SubH (ns)) -1 A SubH (ns) H is a value determined depending on the virtual reception array arrangement, and is a fixed value for each angle The horizontal array maximum likelihood estimator 242 calculates ( A SubH (ns) H A SubH (ns ) the)) -1 a SubH (ns) H, may be calculated for each angle in the horizontal direction of the search grid. or horizontal array maximum likelihood estimator 242, (a SubH (ns) H a SubH ( ns) ) -1 A Sub H (ns) The calculation result of H may be stored in advance and tabulated , and a configuration may be used to read out for each angle, which makes part of the calculation processing shown in equation (10) unnecessary. It can reduce the amount of calculation. in the case of using the structure of reading for each angle, it is required a memory circuit for storing the (a SubH (ns) H a SubH (ns)) -1 a SubH (ns) H , It is possible to reduce arithmetic circuits such as multipliers or adders.
また、θuは到来方向推定を行う水平(又は方位)範囲内を所定の水平(又は方位)間隔β1で変化させたベクトルである。例えば、θuは以下のように設定される。
θu=θmin + uβ1、u=0,…, NU
NU=floor[(θmax-θmin)/ β1 ] +1
ここでfloor(x)は、実数xを超えない最大の整数値を返す関数である。
Further, θ u is a vector in which the horizontal (or azimuth) range in which the arrival direction is estimated is changed at a predetermined horizontal (or azimuth) interval β 1 . For example, θ u is set as follows.
θ u = θ min + u β 1 , u = 0, ..., NU
NU = floor [(θmax−θmin) / β 1 ] +1
Here, floor (x) is a function that returns the largest integer value not exceeding real number x.
また、φvは到来方向推定を行う垂直(又は仰角)範囲内を所定の垂直(又は仰角)間隔β2で変化させたベクトルである。例えば、φvは以下のように設定される。
φv=φmin + vβ2、v=0,…, NV。
NV=floor[ (φmax-φmin)/ β2] +1
Also, φ v is a vector in which the vertical (or elevation) range in which the direction of arrival estimation is performed is changed at a predetermined vertical (or elevation) interval β 2 . For example, φ v is set as follows.
φ v = φ min + v β 2 , v = 0, ..., NV.
NV = floor [(φmax−φmin) / β 2 ] +1
したがって、水平方向アレー最尤推定部242は、最小方位θminから最大方位θmaxの範囲を水平(方位)間隔β1からなる探索グリッド内において各θ(1),θ(2) , …,θ(NW)を探索する。
Therefore, the horizontal array maximum
なお、最尤推定の原理に基づく所定の評価関数ESubH(θ(1),θ(2) , …,θ(NW))の他の例として、次式(11)を用いてもよい。式(11)では、評価関数ESubH(θ(1),θ(2) , …,θ(NW))を最大化する角度が最尤値である。水平方向アレー最尤推定部242は、水平方向の探索グリッド内において最尤値となる角度(θML (1),θML (2) , …,θML (NW))を出力する。
ここで、一例として、図7Aに示す送信アンテナ106及び受信アンテナ202の配置例における水平方向アレー最尤推定部242の動作について説明する。
Here, as an example, an operation of the horizontal array maximum
図7Aでは、送信アンテナ106の個数Nt=3個とし、受信アンテナ202の個数Na=3個とする。また、3個の送信アンテナ106をTx#1〜Tx#3で表し、3個の受信アンテナ202をRx#1〜Rx#3で表す。また、図7Bは、図7Aに示すアンテナ配置によって得られる仮想受信アレーの配置を示す。
In FIG. 7A, the number Nt of transmitting
図7Bに示す仮想受信アレーでは、アンテナの水平及び垂直方向の開口長DH,DVは、それぞれ、DH=2dH, DV=2dVとなる。なお、dHは水平方向の素子間隔であり、dVは垂直方向の素子間隔である。 In the virtual reception array shown in FIG. 7B, the horizontal and vertical aperture lengths D H and D V of the antenna are D H = 2 d H and D V = 2 d V , respectively. Here, d H is an element interval in the horizontal direction, and d V is an element interval in the vertical direction.
図7Bに示す仮想受信アレーには、NVAH=3の仮想水平方向直線アレーが3個(つまり、NsubH=3)が存在し、各仮想水平方向直線アレーにそれぞれ対応する水平方向アレー相関ベクトル{hSubH(1)(k、fs, w)、hSubH(2)(k、fs, w)、hSubH(3)(k、fs, w)}が得られる。具体的には、図7Bでは、各水平方向アレー相関ベクトル{hSubH(1)(k、fs, w)、hSubH(2)(k、fs, w)、hSubH(3)(k、fs, w)}に含まれる仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k、fs, w)の要素番号は、それぞれ{VA#1,VA#4,VA#7},{VA#2,VA#5,VA#8},{VA#3,VA#6,VA#9}である。
In the virtual reception array shown in FIG. 7B, there are three virtual horizontal direction linear arrays of N VAH = 3 (that is, N subH = 3), and horizontal array correlation vectors respectively corresponding to the virtual horizontal direction linear arrays {H SubH (1) (k, fs, w), h SubH (2) (k, fs, w), h SubH (3) (k, fs, w)} are obtained. Specifically, in FIG. 7B, each horizontal array correlation vector {h SubH (1) (k, fs, w), h SubH (2) (k, fs, w), h SubH (3) (k, The element numbers of the virtual reception array correlation vector h_after_cal (k, fs, w) included in fs, w)} are {
水平方向アレー相関ベクトル{hSubH(1)(k、fs, w)、hSubH(2)(k、fs, w)、hSubH(3)(k、fs, w)}に対応した水平方向アレー方向ベクトル{aSubH(1)(θu,α)、aSubH(2)(θu,α)、aSubH(3)(θu,α)}は、仮想受信アレーの方向ベクトルa(θu,φv)の要素番号{VA#1,VA#4,VA#7}, {VA#2,VA#5,VA#8}, {VA#3,VA#6,VA#9}をそれぞれ抽出して構成される列ベクトルである。
Horizontal direction corresponding to horizontal array correlation vector {h SubH (1) (k, fs, w), h SubH (2) (k, fs, w), h SubH (3) (k, fs, w)} Array direction vectors {a SubH (1) (θ u , α), a Sub H (2) (θ u , α), a Sub H (3) (θ u , α)} are the direction vectors of the virtual reception array a ( Element numbers of θ u and φ v ) {
水平方向アレー最尤推定部242は、水平方向アレー相関ベクトル{hSubH(1)(k、fs, w)、hSubH(2)(k、fs, w)、hSubH(3)(k、fs, w)}を用いて、評価関数ESubH(例えば、式(8)又は式(11))が最小又は最大となる角度(θML (1),θML (2))(すなわち、水平方向におけるNW=2個の到来角候補)を抽出する。
The horizontal array
このように、水平方向アレー最尤推定部242は、送信アレーアンテナ(送信アンテナ106)及び受信アレーアンテナ(受信アンテナ202)の配置に基づいて構成される仮想受信アレーに含まれる複数の仮想受信アンテナ(図7BではVA#1〜VA#9)のうち、水平方向に直線的に配置される仮想受信アンテナによって構成される仮想水平方向直線アレーの受信信号(仮想受信アレー相関ベクトル)を用いて、水平方向に対する最尤推定処理により水平方向におけるNW個(ここではNW=2)の角度に対応する最尤値(θML (1),θML (2))を抽出する。
As described above, the horizontal array maximum
<垂直方向アレー最尤推定部243の動作>
垂直方向アレー最尤推定部243は、アンテナ間偏差補正部241から入力される、アンテナ間偏差を補正した仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k、fs, w)に基づいて、以下の処理を行う。
<Operation of Vertical Direction Array
The vertical array maximum
具体的には、まず、垂直方向アレー最尤推定部243は、アンテナ間偏差を補正した仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k、fs, w)に含まれる、仮想受信アンテナVA#1,…, VA#(Nt×Na)にそれぞれ対応する要素から、仮想受信アレー上において垂直方向に3アンテナ以上の直線アレーを構成する仮想垂直方向直線アレーの要素から構成される垂直方向アレー相関ベクトルhSubV(k、fs, w)を抽出する。なお、以下では、仮想垂直方向直線アレーの各々を構成する要素数(つまり、仮想受信アンテナ数)を「NVAV」とする(ここでは、NVAVは3以上の値)。
Specifically, first, the vertical array maximum
そして、垂直方向アレー最尤推定部243は、抽出した仮想垂直方向直線アレーの要素から成る垂直方向アレー相関ベクトルhSubV(k、fs, w)を用いて、垂直方向に対する最尤推定処理を行う。垂直方向の最尤推定では、垂直方向アレー最尤推定部243は、所定の垂直方向の探索グリッド内において、最尤推定の原理に基づく所定の評価関数ESubV(φ(1), φ(2) , …, φ(NW))が最小又は最大となる角度(最尤値)を算出する。ここで、NWは到来波数を表す。
Then, the vertical array maximum
なお、仮想受信アレー上において仮想垂直方向直線アレーを構成するアンテナ数は、3アンテナに限定されず、仮想垂直方向直線アレーは到来波数NWに応じて少なくとも(NW+1)個の仮想受信アンテナで構成されればよい。 The number of antennas constituting the virtual vertical direction linear array on the virtual reception array is not limited to three, and the virtual vertical direction linear array is at least (NW + 1) virtual reception antennas according to the number of incoming waves NW. It should just be comprised.
また、仮想受信アレー上において垂直方向に3アンテナ以上の直線アレーを構成する仮想垂直方向直線アレーが複数存在する場合、垂直方向アレー最尤推定部243は、各仮想垂直方向直線アレーに含まれる要素からそれぞれ構成される複数個の垂直方向アレー相関ベクトル{hSubV(1)(k、fs, w)、hSubV(2)(k、fs, w)、…, hSubV(NsubV)(k、fs, w)}を用いて、最尤推定の原理に基づく所定の評価関数ESubV(φ(1), φ(2) , …, φ(NW))が最小又は最大となる角度(最尤値)を算出する。ここで、仮想受信アレー上において垂直方向に3アンテナ以上の仮想垂直方向直線アレーの個数(垂直方向アレー相関ベクトルの数)を「NsubV」とする。
Further, when there are a plurality of virtual vertical direction linear arrays constituting a linear array of three or more antennas in the vertical direction on the virtual reception array, the vertical direction array maximum
また、最尤推定の原理に基づく所定の評価関数ESubV(φ(1), φ(2) , …, φ(NW))としては、例えば次式(12)、(13)、(14)を用いることができる。
ここで、aSubV(αSV、φν)は、垂直方向アレー方向ベクトルを表し、仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k、fs, w)に含まれる要素VA#1,…, VA#(Nt×Na)のうち、仮想垂直方向直線アレーの要素に対応した成分を仮想受信アレーの方向ベクトルa(θu,φv)から抽出した方向ベクトルである。なお、αSVは固定方向であり、例えば0°方向でもよく、他の方向でもよい。
Here, a SubV (α SV, φ ν) denotes a vertical array direction vector,
式(12)では、評価関数ESubV(φ(1), φ(2) , …, φ(NW))を最小化する角度(φ(1), φ(2) , …, φ(NW))が最尤値である。 In equation (12), the evaluation function E SubV (φ (1), φ (2), ..., φ (NW)) angle that minimizes (φ (1), φ ( 2), ..., φ (NW) ) Is the maximum likelihood value.
垂直方向アレー最尤推定部243は、例えば、最小方位φminから最大方位φmaxの範囲を垂直(仰角)間隔β2からなる探索グリッド内において各φ(1), φ(2) , …, φ(NW)を探索する。そして、垂直方向アレー最尤推定部243は、垂直方向の探索グリッド内において最尤値となる角度(φ(1), φ(2) , …, φ(NW))を水平/垂直方向最尤推定部244へ出力する。
The vertical array maximum
また、式(12)に示すように、垂直方向アレー最尤推定部243は、複数(NsubV個)の仮想垂直方向直線アレーの受信信号(垂直方向アレー相関ベクトルhSubV(k、fs, w))を用いることにより、受信品質(例えば、SNR)を向上させて最尤値を算出することができる。なお、レーダ装置10における受信品質が十分に良好である場合には、垂直方向アレー最尤推定部243は、複数の仮想垂直方向直線アレーのうち所定数(少なくとも1つ)の仮想垂直方向直線アレーの受信信号を用いて最尤値を算出してもよい。これにより、受信品質を維持しつつ、演算量を削減することができる。
Also, as shown in equation (12), the vertical direction array maximum
また、評価関数に使用されるパラメータのうち、方向ベクトルa(θu,φvに関するパラメータである、式(14)に含まれる(ASubV(ns) HASubV(ns))-1ASubV(ns) Hは、仮想受信アレー配置に依存して決定される値であり、角度毎に固定値である。垂直方向アレー最尤推定部243は、(ASubV(ns) HASubV(ns))-1ASubV(ns) Hを、垂直方向の探索グリッド内の角度毎に算出してもよい。または、垂直方向アレー最尤推定部243は、(ASubV(ns) HASubV(ns))-1ASubV(ns) Hの算出結果を予め記憶してテーブル化し、角度毎に読み出す構成を用いてもよい。これにより、式(14)に示す演算処理の一部が不要となり演算量を削減できる。また、角度毎に読み出す構成を用いる場合、(ASubV(ns) HASubV(ns))-1ASubV(ns) Hを記憶するためのメモリ回路が必要となるが、乗算器又は加算器等の演算回路を削減することが可能である。 In addition, among the parameters used in the evaluation function, the direction vector a (theta u, is a parameter related to phi v, is included in the formula (14) (A SubV (ns ) H A SubV (ns)) -1 A SubV (ns) H is a value determined depending on the virtual reception array arrangement, and is a fixed value for each angle The vertical array maximum likelihood estimator 243 calculates ( A SubV (ns) H A SubV (ns ) )) the -1 a SubV (ns) H, may be calculated for each angle in the vertical direction of the search grid. or vertical array maximum likelihood estimator 243, (a SubV (ns) H a SubV ( ns) ) -1 A SubV (ns) The calculation result of H may be stored in advance and tabulated , and a configuration may be used to read out for each angle, which makes part of the calculation processing shown in equation (14) unnecessary. It can reduce the amount of calculation. in the case of using the structure of reading for each angle, it is required a memory circuit for storing the (a SubV (ns) H a SubV (ns)) -1 a SubV (ns) H , It is possible to reduce arithmetic circuits such as multipliers or adders.
なお、最尤推定の原理に基づく所定の評価関数ESubV(φ(1), φ(2) , …, φ(NW))の他の例として、次式(15)を用いてもよい。式(15)では、評価関数ESubV(φ(1), φ(2) , …, φ(NW))を最大化する角度が最尤値である。垂直方向アレー最尤推定部243は、垂直方向の探索グリッド内において最尤値となる角度(φML (1), φML (2) , …, φML (NW))を出力する。
ここで、一例として、図7A及び図7Bに示す送信アンテナ106及び受信アンテナ202の配置例における水平方向アレー最尤推定部242の動作について説明する。
Here, as an example, an operation of the horizontal array maximum
図7Bに示す仮想受信アレーには、NVAV=3個の仮想垂直方向直線アレーが3個(つまり、NsubV=3)が存在し、各仮想垂直方向直線アレーにそれぞれ対応する垂直方向アレー相関ベクトル{hSubV(1)(k、fs, w)、hSubV(2)(k、fs, w)、hSubV(3)(k、fs, w)}が得られる。具体的には、図7Bでは、各垂直方向アレー相関ベクトル{hSubV(1)(k、fs, w)、hSubV(2)(k、fs, w)、hSubV(3)(k、fs, w)}に含まれる仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k、fs, w)の要素番号はそれぞれ{VA#1,VA#2,VA#3}, {VA#4,VA#5,VA#6}, {VA#7,VA#8,VA#9}である。
The virtual reception array shown in FIG. 7B, N VAV = 3 virtual vertical linear array is three (i.e., N subV = 3) is present, the corresponding vertical array correlated to each virtual vertical linear array The vectors {h SubV (1) (k, fs, w), h SubV (2) (k, fs, w), h SubV (3) (k, fs, w)} are obtained. Specifically, in FIG. 7B, each vertical array correlation vector {h SubV (1) (k, fs, w), h SubV (2) (k, fs, w), h SubV (3) (k, The element numbers of the virtual reception array correlation vector h _after_cal (k, fs, w) included in fs, w)} are {
垂直方向アレー相関ベクトル{hSubV(1)(k、fs, w)、hSubV(2)(k、fs, w)、hSubV(3)(k、fs, w)}に対応した垂直方向アレー方向ベクトル{aSubV(1)(αSV、φν)、aSubV(2)(αSV、φν)、aSubV(3)(αSV、φν)}は、仮想受信アレーの方向ベクトルa(θu,φv)の要素番号{VA#1,VA#2,VA#3}, {VA#4,VA#5,VA#6}, {VA#7,VA#8,VA#9}をそれぞれ抽出して構成される列ベクトルである。
Vertical direction corresponding to vertical array correlation vector {h SubV (1) (k, fs, w), h SubV (2) (k, fs, w), h SubV (3) (k, fs, w)} array direction vector {a SubV (1) (α SV, φ ν), a SubV (2) (α SV, φ ν), a SubV (3) (α SV, φ ν)} , the direction of the virtual receiving array Element numbers {
垂直方向アレー最尤推定部243は、垂直方向アレー相関ベクトル{hSubV(1)(k、fs, w)、hSubV(2)(k、fs, w)、hSubV(3)(k、fs, w)}を用いて、評価関数ESubV(例えば、式(12)又は式(15))が最小又は最大となる角度(φML (1),φML (2))(すなわち、垂直方向におけるNW=2個の到来角候補)を抽出する。
The vertical array maximum
このように、垂直方向アレー最尤推定部243は、送信アレーアンテナ(送信アンテナ106)及び受信アレーアンテナ(受信アンテナ202)の配置に基づいて構成される仮想受信アレーに含まれる複数の仮想受信アンテナ(図7BではVA#1〜VA#9)のうち、垂直方向に直線的に配置される仮想受信アンテナによって構成される仮想垂直方向直線アレーの受信信号(仮想受信アレー相関ベクトル)を用いて、垂直方向に対する最尤推定処理により垂直方向におけるNW個の角度に対応する最尤値(φML (1),φML (2))を抽出する。
As described above, the vertical array maximum
つまり、水平方向アレー最尤推定部242及び垂直方向アレー最尤推定部243の各々は、水平方向及び垂直方向の一次元方向に対する最尤推定処理を行う。
That is, each of the horizontal array maximum
<水平/垂直方向最尤推定部244の動作>
水平/垂直方向最尤推定部244は、水平方向アレー最尤推定部242から入力される、水平方向の探索グリッド内において最尤値(水平方向の到来角候補)となる出力結果(θML (1),θML (2) , …,θML (NW))、及び、垂直方向アレー最尤推定部243から入力される、垂直方向の探索グリッド内において最尤値(垂直方向の到来角候補)となる出力結果(φML (1), φML (2) , …, φML (NW))を用いて、水平方向及び垂直方向に拡がる2次元平面におけるNW個の到来波の到来方向(θ(1), φ(1),θ(2) , φ(2) ,…,θ(NW) , φ(NW))を推定する。
<Operation of Horizontal / Vertical
The horizontal / vertical maximum
具体的には、水平/垂直方向最尤推定部244は、水平方向の最尤値に対応する到来角(θML (1),θML (2) , …,θML (NW))及び垂直方向の最尤値に対応する到来角(φML (1), φML (2) , …, φML (NW))の組み合わせを探索角度候補として探索グリッドを限定した水平方向及び垂直方向の2次元の最尤推定処理を行う。
Specifically, the horizontal / vertical maximum
水平方向の最尤値θML (1),θML (2) , …,θML (NW)、及び、垂直方向の最尤値φML (1), φML (2) , …, φML (NW)は、水平方向及び垂直方向に拡がる2次元平面内においてそれぞれ重複がない場合には、最大で(NW×NW)個の格子点を構成する。 Maximum likelihood values θ ML (1) , θ ML (2) , ..., θ ML (NW) in the horizontal direction, and maximum likelihood values φ ML (1) , φ ML (2) , ..., φ ML in the vertical direction In the case where there is no overlap in the two-dimensional plane extending in the horizontal direction and the vertical direction, (NW) constitutes at most (NW × NW) lattice points.
水平/垂直方向最尤推定部244は、最大(NW×NW)個の格子点を用いて最尤値を推定する。すなわち、水平/垂直方向最尤推定部244は、最大(NW×NW)個の格子点の限定した範囲を探索グリッドとして、水平及び垂直方向の2次元の最尤推定処理を行う。
The horizontal / vertical maximum
したがって、水平/垂直方向最尤推定部244は、(NW×NW)個の格子点から、NW個の異なる組み合わせを探索する。よって、(Nw×Nw) CNw通りのθ, φの組合せが水平方向及び垂直方向の2次元の最尤推定の探索回数となる。
Therefore, the horizontal / vertical maximum
例えば、図8は到来波数NW=2の場合の探索グリッドを示している。 For example, FIG. 8 shows a search grid in the case of the number of incoming waves NW = 2.
図8の例では、水平方向の最尤値θML (1),θML (2)、及び、垂直方向の最尤値φML (1), φML (2)から、4つの格子点が存在する。図8に示すように、4つの格子点から、互いに異なる2つの格子点を探索する全ての組み合わせは6通り(=4C2)である。 In the example of FIG. 8, four lattice points are obtained from the maximum likelihood values θ ML (1) and θ ML (2) in the horizontal direction and the maximum likelihood values φ ML (1) and φ ML (2) in the vertical direction. Exists. As shown in FIG. 8, all combinations for searching two different grid points from four grid points are six combinations (= 4 C 2 ).
水平方向及び垂直方向の2次元の最尤推定では、水平/垂直方向最尤推定部244は、アンテナ間偏差を補正した仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k、fs, w)を用いて、最尤推定の原理に基づく所定の評価関数EML2D(θ(1), φ(1),θ(2) , φ(2) ,…,θ(NW) , φ(NW))が最小又は最大となる角度(θ(1), φ(1),θ(2) , φ(2) ,…,θ(NW) , φ(NW))を抽出する。
In horizontal and vertical two-dimensional maximum likelihood estimation, the horizontal / vertical maximum
最尤推定の原理に基づく所定の評価関数EML2D(θ(1), φ(1),θ(2) , φ(2) ,…,θ(NW) , φ(NW))としては、例えば次式(16)、(17)、(18)を用いることができる。
ここで、a(θu,φv)は仮想受信アレーの方向ベクトルを表す。式(16)では、評価関数EML2D(θ(1), φ(1),θ(2) , φ(2) ,…,θ(NW) , φ(NW))を最小化する角度(θ(1), φ(1),θ(2) , φ(2) ,…,θ(NW) , φ(NW))が水平方向及び垂直方向の2次元の最尤値である。 Here, a (θ u , φ v ) represents the direction vector of the virtual reception array. In equation (16), the angle (θ) that minimizes the evaluation function E ML2D (θ (1) , φ (1) , θ (2) , φ (2) , ..., θ (NW) , φ (NW) ) (1) , φ (1) , θ (2) , φ (2) , ..., θ (NW) , φ (NW ) are two-dimensional maximum likelihood values in the horizontal direction and the vertical direction.
水平/垂直方向最尤推定部244は、限定した探索グリッド内において水平方向及び垂直方向の2次元の最尤値となるθML2D (1), φML2D (1),θML2D (2) , φML2D (2) ,…,θML2D (NW) , φML2D (NW)を出力する。また、水平/垂直方向最尤推定部244は、算出された到来角の推定値(θML2D (1), φML2D (1),θML2D (2) , φML2D (2) ,…,θML2D (NW) , φML2D (NW))とともに、その際の離散時刻k、ドップラー周波数fsΔφを到来方向推定結果として出力してもよい。
The horizontal / vertical maximum
図8の例では、水平/垂直方向最尤推定部244は、水平方向の最尤値に対応する方向θML (1),θML (2)(到来角候補)と、垂直方向の最尤値に対応する方向φML (1), φML (2)(到来角候補)との組み合わせの中から、2次元平面におけるNW=2個の到来波の到来角を決定する。具体的には、水平/垂直方向最尤推定部244は、水平方向の到来角候補(θML (1),θML (2))及び垂直方向の到来角候補(φML (1), φML (2))の組み合わせに対して2次元平面に対する最尤推定処理を行って得られる最尤値に対応する方向をNW=2個の到来波の到来角(θ(1), φ(1),θ(2) , φ(2))として推定する。
In the example of FIG. 8, the horizontal / vertical maximum
なお、評価関数に使用されるパラメータのうち、方向ベクトルa(θu,φvに関するパラメータである、式(16)に含まれる(AML HAML)-1AML Hは、仮想受信アレー配置に依存して決定される値であり、角度毎に固定値である。水平/垂直方向最尤推定部244は、(AML HAML)-1AML Hを、水平方向及び垂直方向の探索グリッド内の角度毎に算出してもよい。または、水平/垂直方向最尤推定部244は、(AML HAML)-1AML Hの算出結果を予め記憶してテーブル化し、角度毎に読み出す構成を用いてもよい。これにより、式(18)の演算処理の一部が不要となり演算量を削減できる。また、角度毎に読み出す構成を用いる場合、(AML HAML)-1AML Hを記憶するためのメモリ回路が必要となるが、乗算器又は加算器等の演算回路を削減することが可能である。
Note that among the parameters used for the evaluation function, (A ML H A ML ) −1 A ML H included in equation (16), which is a parameter related to the direction vector a (θ u , φ v ), is a virtual reception array It is a value determined depending on the arrangement, and is a fixed value for each angle.The horizontal / vertical
なお、最尤推定の原理に基づく所定の評価関数EML2D(θ(1), φ(1),θ(2) , φ(2) ,…,θ(NW) , φ(NW))の他の例として、次式(19)を用いてもよい。式(19)では、評価関数EML2D(θ(1), φ(1),θ(2) , φ(2) ,…,θ(NW) , φ(NW))を最大化する角度が水平方向及び垂直方向の2次元の最尤値である。水平/垂直方向最尤推定部244は、上述のように限定した探索グリッド内において水平方向及び垂直方向の2次元の最尤値となるθML2D (1), φML2D (1),θML2D (2) , φML2D (2) ,…,θML2D (NW) , φML2D (NW)を出力する。
以上、方向推定部214の動作について説明した。
The operation of the
以上のように、方向推定部214において、水平方向アレー最尤推定部242及び垂直方向アレー最尤推定部243の各々は、水平方向又は垂直方向の1次元方向の探索グリッド内において最尤推定処理を行う。そして、水平/垂直方向最尤推定部244は、水平方向アレー最尤推定部242及び垂直方向アレー最尤推定部243における1次元方向の探索グリッド内での最尤値に基づいて、水平方向及び垂直方向に拡がる2次元平面における探索グリッドを限定し、限定された探索グリッド内において最尤推定処理を行う。
As described above, in the
すなわち、方向推定部214は、水平方向及び垂直方向の各々の1次元方向、及び、水平方向及び垂直方向の2次元平面の2段階に分けて最尤推定処理を行う。これにより、本実施の形態では、水平方向及び垂直方向の全ての探索グリッド内において2次元の最尤推定処理を行う場合(従来方法)と比較して、探索回数(演算量)を大幅に削減することができる。
That is, the
例えば、水平方向の探索グリッド数がNGH個であり、垂直方向の探索グリッドがNGV個である場合について説明する。 For example, the case where the number of search grids in the horizontal direction is NGH and the number of search grids in the vertical direction is NGV will be described.
この場合、本実施の形態では、水平方向アレー最尤推定部242及び垂直方向アレー最尤推定部243での探索回数の合計は、((NGH) C NW + (NGV) C NW)回となる。さらに、水平/垂直方向最尤推定部244は探索範囲を水平方向アレー最尤推定部242及び垂直方向アレー最尤推定部243の出力される角度範囲に限定することにより、水平/垂直方向最尤推定部244での探索回数は(Nw×Nw) CNw回となる。
In this case, in the present embodiment, the sum of the number of searches in the horizontal array
これに対して、水平方向及び垂直方向の2次元の探索グリッドを用いる従来方法の探索回数は((NGV×NGH) C NW)回となる。 On the other hand, the number of searches of the conventional method using a two-dimensional search grid in the horizontal direction and the vertical direction is ( (NGV × NGH) C NW ) times.
よって、本実施の形態では、従来方法と比較して、概略{(NGV NW +NGH NW)/(NGV×NGH)NW }の削減比となる。例えば、NGV=NGH=Nの場合、本実施の形態に係る方法では、従来方法に対して、2/NNWの削減比となる。例えば、N=10、NW=2の場合、従来方法に対して探索回数を1/50程度に削減できる。 Therefore, in the present embodiment, the reduction ratio is roughly {(NGV NW + NGH NW ) / (NGV × NGH) NW } compared to the conventional method. For example, in the case of NGV = NGH = N, the method according to the present embodiment has a reduction ratio of 2 / N NW with respect to the conventional method. For example, in the case of N = 10 and NW = 2, the number of searches can be reduced to about 1/50 that of the conventional method.
また、探索グリッド数NGH,NGVが多いほど、又は、到来波数NWが多いほど、本実施の形態による探索回数の削減効果はより大きくなる。 In addition, as the number of search grids NGH and NGV is larger, or as the number of incoming waves NW is larger, the effect of reducing the number of searches according to the present embodiment becomes larger.
図9は、到来波数NW=2である場合の、探索グリッド数NGV=NGH=Nに対する探索回数の一例を示す。図9に示すように、本実施の形態に係る方法(本開示)によれば、従来方法と比較して探索回数が削減されていることが確認できる。また、図9に示すように、探索グリッド数N(NGH,NGV)が多いほど、本実施の形態による探索回数の削減効果が大きくなることが確認できる。 FIG. 9 shows an example of the number of searches for the number of search grids NGV = NGH = N when the number of incoming waves NW = 2. As shown in FIG. 9, according to the method (the present disclosure) according to the present embodiment, it can be confirmed that the number of searches is reduced compared to the conventional method. Further, as shown in FIG. 9, it can be confirmed that the reduction effect of the number of searches according to the present embodiment becomes larger as the number N of search grids (NGH, NGV) increases.
図10は、到来波数NW=2及び3の場合の、探索グリッド数NGV=NGH=Nに対する、本実施の形態に係る方法による、従来方法に対する探索回数の削減比の一例を示す。図10に示すように、探索グリッド数N(NGH,NGV)が多いほど、また、到来波数NWが多いほど、本実施の形態による探索回数の削減効果が大きくなることが確認できる。 FIG. 10 shows an example of the reduction ratio of the number of searches to the conventional method by the method according to the present embodiment with respect to the number of search grids NGV = NGH = N when the number of incoming waves NW = 2 and 3. As shown in FIG. 10, it can be confirmed that the reduction effect of the number of searches according to the present embodiment becomes larger as the number N of search grids (NGH, NGV) increases and as the number of incoming waves NW increases.
以上のように、本実施の形態によれば、レーダ装置10は、最尤推定法を用いて到来方向推定を行う場合に、探索回数を削減することにより、演算量の増加を抑えて、高精度に測角することができる。
As described above, according to the present embodiment, when the
(一実施の形態のバリエーション1)
上記実施の形態では、水平方向又は垂直方向の1次元方向での最尤推定結果として最尤値を出力し、二次元方向の最尤推定処理を行う場合について説明した。これに対して、バリエーション1では、水平方向又は垂直方向の1次元方向での最尤推定結果として、最尤値に加え、最尤値以外の角度候補を含めて出力し、二次元方向の最尤推定処理を行う場合について説明する。
(
The above embodiment has described the case where the maximum likelihood value is output as the maximum likelihood estimation result in the horizontal direction or the vertical direction, and the maximum likelihood estimation process in the two-dimensional direction is performed. On the other hand, in the
図11は、バリエーション1に係る方向推定部214の内部構成例を示すブロック図である。なお、図11において、上記実施の形態(図6)と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
FIG. 11 is a block diagram showing an example of an internal configuration of the
以下では、一例として、レーダ装置10(図2)に対する到来波数を2波(NW=2)とする場合について説明する。 Below, the case where the number of arrival waves with respect to the radar apparatus 10 (FIG. 2) is made into two waves (NW = 2) as an example is demonstrated.
<水平方向アレー最尤候補抽出部301の動作>
図11において、水平方向アレー最尤候補抽出部301は、アンテナ間偏差補正部241から入力される、アンテナ間偏差を補正した仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k、fs, w)に基づいて以下の処理を行う。
<Operation of Horizontal Direction Array Maximum Likelihood
In FIG. 11, the horizontal array maximum likelihood
具体的には、まず、水平方向アレー最尤候補抽出部301は、アンテナ間偏差を補正した仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k、fs, w)に含まれる、仮想受信アンテナVA#1,…, VA#(Nt×Na)にそれぞれ対応する要素から、仮想受信アレー上において水平方向に3アンテナ以上の直線アレーを構成する水平方向直線アレーの要素から構成される水平方向アレー相関ベクトルhSubH(k、fs, w)を抽出する。
Specifically, first, the horizontal array maximum likelihood
そして、水平方向アレー最尤候補抽出部301は、抽出した水平方向アレー相関ベクトルhSubH(k、fs, w)を用いて、水平方向に対する最尤推定処理を行う。水平方向の最尤推定では、水平方向アレー最尤候補抽出部301は、所定の水平方向の探索グリッド内において、最尤推定の原理に基づく所定の評価関数ESubH(θ(1),θ(2) , …,θ(NW))が最小又は最大となる角度(最尤値)を算出する。バリエーション1では、水平方向アレー最尤候補抽出部301は、最尤値(NW個の角度に対応)に加え、水平方向に対する最尤推定処理に使用される評価関数の最尤値以外の局所的最尤値(極値)(各々がNW個の角度に対応)を抽出する。そして、水平方向アレー最尤候補抽出部301は、最尤値に対応するNW個の角度、及び、評価関数における最尤値以外の少なくとも1つの局所的最尤値(極値)に対応する各々NW個の角度を含む水平方向の到来角候補(最尤候補)を水平/垂直方向最尤推定部303に出力する。
Then, the horizontal array maximum likelihood
局所的最尤値となる角度とは、例えば、以下の条件を満たす値である。 The angle that is the local maximum likelihood value is, for example, a value that satisfies the following condition.
1)最尤推定の原理に基づく所定の評価関数の最小値が最尤値となる場合
水平方向アレー最尤候補抽出部301は、次式(20)に示す条件を満たす局所的最小値(極小値) EsubH(θ(1),θ(2) , …,θ(NW))を与える角度(θNHLocalML (1),θNHLocalML (2) , …,θNHLocalML (NW))を抽出する。
EsubH(θ(1),θ(2) , …,θ(NW)) < αH × EHML (20)
1) When the Minimum Value of a Predetermined Evaluation Function Based on the Principle of Maximum Likelihood Estimation Becomes the Maximum Likelihood Value The horizontal direction array maximum likelihood
E subH (θ (1) , θ (2) , ..., θ (NW) ) <α H × E HML (20)
ただし、NHLocalML = 1, … , NHLMである。また、EHMLは水平方向の所定の探索グリッド内における評価関数ESubH(θ(1),θ(2) , …,θ(NW))の最小値(最尤値)[θML (1),θML (2) , …,θML (NW)]である。また、αHは所定値(αH>1)である。すなわち、次式(21)が満たされる。
EHML = EsubH(θML (1),θML (2) , …,θML (NW)) (21)
However, it is NHLocalML = 1, ..., N HLM . Also, E HML is the minimum value (maximum likelihood value) [θ ML (1) of the evaluation function E SubH (θ (1) , θ (2) , ..., θ (NW) ) in a predetermined search grid in the horizontal direction , θ ML (2) , ..., θ ML (NW) ]. Further, α H is a predetermined value (α H > 1). That is, the following equation (21) is satisfied.
E HML = E sub H (θ ML (1) , θ ML (2) , ..., θ ML (NW) ) (21)
なお、式(20)に示す条件を満たす局所最小値が所定数NHを超える場合(NHLM > NH )、水平方向アレー最尤候補抽出部301は、評価関数ESubH(θ(1),θ(2) , …,θ(NW))の値が小さい方を優先してNH以下の候補を出力してもよい。
When the local minimum value satisfying the condition shown in equation (20) exceeds the predetermined number N H (N HLM > N H ), the horizontal array maximum likelihood
2)最尤推定の原理に基づく所定の評価関数の最大値が最尤値となる場合
水平方向アレー最尤候補抽出部301は、次式(22)に示す条件を満たす局所的最大値(極大値) EsubH(θ(1),θ(2) , …,θ(NW))を与える角度(θNHLocalML (1),θNHLocalML (2) , …,θNHLocalML (NW))を抽出する。
EsubH(θ(1),θ(2) , …,θ(NW)) > αH × EHML (22)
2) When the Maximum Value of a Predetermined Evaluation Function Based on the Principle of Maximum Likelihood Estimation Becomes the Maximum Likelihood Value The horizontal direction array maximum likelihood
E subH (θ (1) , θ (2) , ..., θ (NW) )> α H × E HML (22)
ただし、NHLocalML = 1, … , NHLMである。また、EHMLは水平方向の所定の探索グリッド内における評価関数ESubH(θ(1),θ(2) , …,θ(NW))の最大値(最尤値)[θML (1),θML (2) , …,θML (NW)]である。また、αHは所定値(αH<1)である。すなわち、次式(23)が満たされる。
EHML = EsubH(θML (1),θML (2) , …,θML (NW)) (23)
However, it is NHLocalML = 1, ..., N HLM . Also, E HML is the maximum value (maximum likelihood value) [θ ML (1) of evaluation functions E SubH (θ (1) , θ (2) , ..., θ (NW) ) in a predetermined search grid in the horizontal direction , θ ML (2) , ..., θ ML (NW) ]. Further, α H is a predetermined value (α H <1). That is, the following equation (23) is satisfied.
E HML = E sub H (θ ML (1) , θ ML (2) , ..., θ ML (NW) ) (23)
なお、式(22)に示す条件を満たす局所最大値が所定数NHを超える場合(NHLM > NH )、水平方向アレー最尤候補抽出部301は、評価関数ESubH(θ(1),θ(2) , …,θ(NW))の値が大きい方を優先してNH以下の候補を出力してもよい。
In addition, when the local maximum value which satisfy | fills the condition shown to Formula (22) exceeds predetermined number NH (N HLM > N H ), horizontal direction array maximum likelihood
<垂直方向アレー最尤候補抽出部302の動作>
垂直方向アレー最尤候補抽出部302は、アンテナ間偏差補正部241から入力される、アンテナ間偏差を補正した仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k、fs, w)に基づいて以下の処理を行う。
<Operation of Vertical Direction Array Maximum Likelihood
The vertical array maximum likelihood
具体的には、まず、垂直方向アレー最尤候補抽出部302は、アンテナ間偏差を補正した仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k、fs, w)に含まれる、仮想受信アンテナVA#1,…, VA#(Nt×Na)にそれぞれ対応する要素から、仮想受信アレー上において垂直方向に3アンテナ以上の直線アレーを構成する垂直方向直線アレーの要素から構成される垂直方向アレー相関ベクトルhSubV(k、fs, w)を抽出する。
Specifically, first, the vertical array maximum likelihood
そして、垂直方向アレー最尤候補抽出部302は、抽出した垂直方向アレー相関ベクトルhSubV(k、fs, w)を用いて、垂直方向に対する最尤推定処理を行う。垂直方向の最尤推定では、垂直方向アレー最尤候補抽出部302は、所定の垂直方向の探索グリッド内において、最尤推定の原理に基づく所定の評価関数ESubV(φ(1), φ(2) , …, φ(NW))が最小又は最大となる角度(最尤値)を算出する。バリエーション1では、垂直方向アレー最尤候補抽出部302は、最尤値(NW個の角度に対応)に加え、垂直方向に対する最尤推定処理に使用される評価関数の最尤値以外の少なくとも1つの局所的最尤値(極値)(各々がNW個の角度に対応)を抽出する。そして、垂直方向アレー最尤候補抽出部302は、最尤値に対応するNW個の角度、及び、評価関数における最尤値以外の少なくとも1つの局所的最尤値(極値)に対応する各々NW個の角度を含む垂直方向の到来角候補(最尤候補)を水平/垂直方向最尤推定部303に出力する。
Then, the vertical direction array maximum likelihood
局所的最尤値となる角度は、例えば、以下の条件を満たす値である。 The angle that is the local maximum likelihood value is, for example, a value that satisfies the following condition.
1)最尤推定の原理に基づく所定の評価関数の最小値が最尤値となる場合
垂直方向アレー最尤候補抽出部302は、次式(24)に示す条件を満たす局所的最小値(極小値) EsubV(φ(1), φ(2) , …, φ(NW))を与える角度(φNVLocalML (1), φNVLocalML (2) , …, φNVLocalML (NW))を抽出する。
EsubV(φ(1), φ(2) , …, φ(NW)) < αV × EVML (24)
1) When the Minimum Value of a Predetermined Evaluation Function Based on the Principle of Maximum Likelihood Estimation Becomes the Maximum Likelihood Value The vertical direction array maximum likelihood
E subV (φ (1) , φ (2) , ..., φ (NW) ) <α V × E VML (24)
ただし、NVLocalML = 1, … , NVLMである。また、EVMLは垂直方向の所定の探索グリッド内における評価関数ESubV(φ(1),φ(2) , …,φ(NW))の最小値 [φML (1), φML (2) , …, φML (NW)]である。また、αVは所定値(αV>1)である。すなわち、次式(25)が満たされる。
EVML = EsubV(φML (1), φML (2) , …, φML (NW)) (25)
However, NVLocalML = 1, ..., a N VLM. Also, E VML is the minimum value of evaluation functions E SubV (φ (1) , φ (2) , ..., φ (NW) ) in a predetermined search grid in the vertical direction [φ ML (1) , φ ML (2 ), ..., it is a φ ML (NW)]. Moreover, (alpha) V is a predetermined value ((alpha) V > 1). That is, the following equation (25) is satisfied.
E VML = E sub V (φ ML (1) , φ ML (2) , ..., φ ML (NW) ) (25)
なお、式(24)に示す条件を満たす局所最小値が所定数NVを超える場合(NVLM > NV )、垂直方向アレー最尤候補抽出部302は、評価関数ESubV(φ(1),φ(2) , …,φ(NW))の値が小さい方を優先してNV以下の候補を出力してもよい。
When the local minimum value satisfying the condition shown in equation (24) exceeds the predetermined number N V (N VLM > N V ), the vertical direction array maximum likelihood
2)最尤推定の原理に基づく所定の評価関数の最大値が最尤値となる場合
垂直方向アレー最尤候補抽出部302は、次式(26)に示す条件を満たす局所的最大値(極大値) EsubV(φ(1), φ(2) , …, φ(NW))を与える角度(φNVLocalML (1), φNVLocalML (2) , …, φNVLocalML (NW))を抽出する。
EsubV(φ(1), φ(2) , …, φ(NW)) > αH × EVML (26)
2) When the Maximum Value of the Predetermined Evaluation Function Based on the Principle of Maximum Likelihood Estimation Becomes the Maximum Likelihood Value The vertical direction array maximum likelihood
E subV (φ (1) , φ (2) , ..., φ (NW) )> α H × E VML (26)
ただし、NVLocalML = 1, … , NVLMである。また、EVMLは垂直方向の所定の探索グリッド内における評価関数ESubV(φ(1),φ(2) , …,φ(NW))の最大値(最尤値)[φML (1), φML (2) , …, φML (NW)]である。また、αVは所定値(αV<1)である。すなわち、次式(27)が満たされる。
EVML = EsubV(φML (1),φML (2) , …,φML (NW)) (27)
However, NVLocalML = 1, ..., a N VLM. Also, E VML is the maximum value (maximum likelihood value) [φ ML (1) of evaluation functions E SubV (φ (1) , φ (2) , ..., φ (NW) ) in a predetermined search grid in the vertical direction , φ ML (2) , ..., φ ML (NW) ]. Further, α V is a predetermined value (α V <1). That is, the following equation (27) is satisfied.
E VML = E sub V (φ ML (1) , φ ML (2) , ..., φ ML (NW) ) (27)
なお、式(26)に示す条件を満たす局所最小値が所定数NVを超える場合(NVLM > NV )、垂直方向アレー最尤候補抽出部302は、評価関数ESubV(φ(1),φ(2) , …,φ(NW))の値が大きい方を優先してNV以下の候補を出力してもよい。
When the local minimum value satisfying the condition shown in equation (26) exceeds the predetermined number N V (N VLM > N V ), the vertical direction array maximum likelihood
<水平/垂直方向最尤推定部303の動作>
水平/垂直方向最尤推定部303は、水平方向アレー最尤候補抽出部301から入力される、水平方向の探索グリッド内において最尤候補(水平方向の到来角候補)となる角度の出力結果[θML (1),θML (2) , …,θML (NW)]及び[θNHLocalML (1),θNHLocalML (2) , …,θNHLocalML (NW)](NHLocalML = 1, … , NHLM)と、垂直方向アレー最尤候補抽出部302から入力される、垂直方向の探索グリッド内において最尤候補(垂直方向の到来角候補)となる角度の出力結果[φML (1), φML (2) , …, φML (NW)]及び[φNVLocalML (1), φNVLocalML (2) , …, φNVLocalML (NW)](NVLocalML = 1, … , NVLM)を用いて、水平方向及び垂直方向に拡がる2次元平面におけるNW個の到来波の到来角(θ(1), φ(1),θ(2) , φ(2) ,…,θ(NW) , φ(NW))を推定する。
<Operation of Horizontal / Vertical
The horizontal / vertical maximum
具体的には、水平/垂直方向最尤推定部303は、水平方向の最尤値に対応する到来角候補及び垂直方向の最尤値に対応する到来角候補の組み合わせを探索角度候補として、探索グリッドを限定した水平方向及び垂直方向の2次元の最尤推定処理を行う。
Specifically, the horizontal / vertical maximum
以下、水平/垂直方向最尤推定部303における水平方向及び垂直方向の2次元の最尤推定処理の詳細について説明する。
The details of the horizontal and vertical two-dimensional maximum likelihood estimation processing in the horizontal / vertical maximum
水平/垂直方向最尤推定部303は、水平方向の最尤候補となる角度[θML (1),θML (2) , …,θML (NW)]及び[θNHLocalML (1),θNHLocalML (2) , …,θNHLocalML (NW)](NHLocalML = 1, … , NHLM)のうちの何れか一つの最尤候補を取り出す。また、水平/垂直方向最尤推定部303は、垂直方向の最尤候補となる角度[φML (1), φML (2) , …, φML (NW)]及び[φNVLocalML (1), φNVLocalML (2) , …, φNVLocalML (NW)](NVLocalML = 1, … , NVLM)のうちの何れか一つの最尤候補を取り出す。そして、水平/垂直方向最尤推定部303は、水平方向及び垂直方向の各々に対して取り出した最尤候補に基づいて、水平方向及び垂直方向の2次元の(NW×NW)個の格子点から、NW個の異なる組み合わせの探索(2次元の最尤推定処理)を行う。よって、(Nw×Nw) CNw通りのθ, φの組合せが水平方向及び垂直方向の2次元の最尤推定の探索回数となる。
The horizontal / vertical maximum
水平方向及び垂直方向の2次元の最尤推定では、水平/垂直方向最尤推定部303は、アンテナ間偏差を補正した仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k、fs, w)を用いて、最尤推定の原理に基づく所定の評価関数EML2D(θ(1), φ(1),θ(2) , φ(2) ,…,θ(NW) , φ(NW))が最小又は最大となる角度(θ(1), φ(1),θ(2) , φ(2) ,…,θ(NW) , φ(NW))を抽出する。また、水平/垂直方向最尤推定部303は、抽出した角度と、当該角度に対応する評価関数値とを一時的に記憶する。
In horizontal and vertical two-dimensional maximum likelihood estimation, the horizontal / vertical maximum
次いで、水平/垂直方向最尤推定部303は、上記と同様の水平方向及び垂直方向の2次元の最尤推定を、水平方向の最尤候補となる角度[θML (1),θML (2) , …,θML (NW)]及び[θNHLocalML (1),θNHLocalML (2) , …,θNHLocalML (NW)](NHLocalML = 1, … , NHLM)のうちの他の最尤候補を取り出す。また、水平/垂直方向最尤推定部303は、垂直方向の最尤候補となる角度[φML (1), φML (2) , …, φML (NW)]及び[φNVLocalML (1), φNVLocalML (2) , …, φNVLocalML (NW)](NVLocalML = 1, … , NVLM)のうちの他の最尤候補を取り出す。そして、水平/垂直方向最尤推定部303は、水平方向及び垂直方向の各々に対して取り出した最尤候補に基づいて、水平方向及び垂直方向の2次元の(NW×NW)個の格子点から、NW個の異なる組み合わせの探索(2次元の最尤推定処理)を行う。
Then, the horizontal / vertical direction
また、水平/垂直方向最尤推定部303は、最小値が最尤値である評価関数を用いる場合、抽出した角度に対応する評価関数値が、一時的に記憶された評価関数値よりも小さい場合には、当該評価関数値と、対応する角度(最尤値)とを用いて、一時的に記憶する内容を更新する。なお、水平/垂直方向最尤推定部303は、最大値が最尤値である評価関数を用いる場合には、抽出した角度に対応する評価関数値が、一時的に記憶された評価関数値よりも大きい場合に一時的に記憶する内容を更新する。
When the horizontal / vertical maximum
このように、水平/垂直方向最尤推定部303は、上記最尤候補の取り出し、最尤推定、及び、一時的に記憶される内容(評価関数値及び角度)の更新を、水平方向及び垂直方向の最尤候補の全ての組み合わせに対して行う。ここで、水平方向及び垂直方向の全ての組み合わせは(NHLM+1)×(NVLM+1)通りである。
Thus, the horizontal / vertical maximum
これにより、全ての最尤候補の組み合わせに対する探索が終了した際に一時的に記憶された角度は、探索した角度の組み合わせの中で最尤推定の原理に基づく所定の評価関数EML2D(θ(1), φ(1),θ(2) , φ(2) ,…,θ(NW) , φ(NW))が最小又は最大となる角度となる。水平/垂直方向最尤推定部303は、その角度を水平方向及び垂直方向の2次元の到来方向推定値として出力する。
Thus, the angle temporarily stored when the search for all the combinations of maximum likelihood candidates is completed is a predetermined evaluation function E ML2D (θ ( θ (a)) based on the principle of maximum likelihood estimation among the combinations of searched angles. 1) , φ (1) , θ (2) , φ (2) , ..., Θ (NW) , φ (NW) ) becomes an angle which becomes minimum or maximum. The horizontal / vertical maximum
このように、水平/垂直方向最尤推定部303は、水平方向の到来角候補と垂直方向の到来角候補との組み合わせの中から、2次元平面におけるNW個の到来波の到来角を決定する。
Thus, the horizontal / vertical maximum
一例として、到来波数NW=2の場合について説明する。 As an example, the case of the number of incoming waves NW = 2 will be described.
到来波数NW=2の場合、最尤候補の別の組み合わせとして、水平方向の最尤候補θ(1),θ(2)、及び、垂直方向の最尤候補φ(1), φ(2)が取り出されるので、図8と同様、4つの格子点から、互いに異なる2つの格子点を探索する全ての組み合わせは6通り(=4C2)である。 In the case of the arrival wave number NW = 2, the horizontal maximum likelihood candidates θ (1) and θ (2) and the vertical maximum likelihood candidates φ (1) and φ (2) as another combination of maximum likelihood candidates. Since is extracted, all combinations for searching two different grid points from four grid points are six (= 4 C 2 ) as in FIG.
例えば、最尤候補の組み合わせとして、水平方向の最尤値θML (1),θML (2)、及び、垂直方向の最尤値φML (1), φML (2)が取り出された場合には、水平/垂直方向最尤推定部303は、アンテナ間偏差を補正した仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k、fs, w)を用いて、探索した角度の組み合わせの中で最尤推定の原理に基づく所定の評価関数EML2D(θ(1), φ(1),θ(2) , φ(2))が最小(最小値が最尤値の場合)又は最大(最大値が最尤値の場合)となる角度(θ(1), φ(1),θ(2) , φ(2))を算出する。そして、水平/垂直方向最尤推定部303は、抽出した角度と対応する評価関数値とを一時的に記憶する。
For example, the maximum likelihood values θ ML (1) , θ ML (2) in the horizontal direction and the maximum likelihood values φ ML (1) , φ ML (2) in the vertical direction are extracted as a combination of maximum likelihood candidates. In this case, the horizontal / vertical maximum
次に、最尤候補の別の組み合わせとして、例えば、水平方向の最尤値θML (1),θML (2)、及び、垂直方向の探索グリッドにおいて極値となる角度[φNVLocalML (1), φNVLocalML (2)]が取り出された場合には、水平/垂直方向最尤推定部303は、アンテナ間偏差を補正した仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k、fs, w)を用いて、探索した角度の組み合わせの中で最尤推定の原理に基づく所定の評価関数EML2D(θ(1), φ(1),θ(2) , φ(2))を算出する。そして、水平/垂直方向最尤推定部303は、最小値が最尤値である評価関数を用いる場合に、算出した評価関数値が一時的に記憶された評価関数値よりも小さい場合、算出した評価関数値と、対応する角度とを用いて一時的に記憶する内容を更新する。なお、水平/垂直方向最尤推定部303は、最大値が最尤値である評価関数を用いる場合に、算出した評価関数値が一時的に記憶された評価関数値よりも大きい場合に一時的に記憶する内容を更新する。
Next, as another combination of maximum likelihood candidates, for example, maximum likelihood values θ ML (1) , θ ML (2) in the horizontal direction, and an angle [φ NVLocalML (1 ), if φ NVLocalML (2)] is taken out, horizontal / vertical
また、最尤候補の別の組み合わせとして、水平方向の探索グリッド内において極値となる角度[θNHLocalML (1),θNHLocalML (2)]、及び、垂直方向の探索グリッド内において最尤値となる角度[φML (1), φML (2)]が取り出された場合には、水平/垂直方向最尤推定部303は、アンテナ間偏差を補正した仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k、fs, w)を用いて、探索した角度の組み合わせの中で最尤推定の原理に基づく所定の評価関数EML2D(θ(1), φ(1),θ(2) , φ(2))を算出する。そして、水平/垂直方向最尤推定部303は、算出した評価関数値が一時的に記憶された評価関数値よりも小さい(又は大きい)場合、算出した評価関数値と、対応する角度とを用いて一時的に記憶する内容を更新する。
Also, as another combination of maximum likelihood candidates, the angle [θ NHLocalML (1) , θ NHLocalML (2) ] at which the extremum is located in the horizontal search grid, and the maximum likelihood value in the vertical search grid When the angles [φ ML (1) , φ ML (2) ] are extracted, the horizontal / vertical maximum
また、最尤候補の別の組み合わせとして、水平方向の探索グリッド内において極値となる角度[θNHLocalML (1),θNHLocalML (2)]、及び、垂直方向の探索グリッド内において極値となる角度[φNVLocalML (1), φNVLocalML (2)]が取り出された場合には、水平/垂直方向最尤推定部303は、アンテナ間偏差を補正した仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k、fs, w)を用いて、探索した角度の組み合わせの中で最尤推定の原理に基づく所定の評価関数EML2D(θ(1), φ(1),θ(2) , φ(2))を算出する。そして、水平/垂直方向最尤推定部303は、算出した評価関数値が一時的に記憶された評価関数値よりも小さい(又は大きい)場合、算出した評価関数値と、対応する角度とを用いて一時的に記憶する内容を更新する。
Also, as another combination of maximum likelihood candidates, angles [θ NHLocalML (1) , θ NHLocalML (2) ] at which extrema are located in the horizontal search grid, and extrema in the vertical search grid When the angle [φ NVLocalML (1) , φ NVLocalML (2) ] is extracted, the horizontal / vertical maximum
水平方向及び垂直方向の最尤候補の全ての組み合わせは(NHLM+1)×(NVLM+1)通りである。水平/垂直方向最尤推定部303は、最尤候補の全ての組み合わせに対して同様に最尤推定の原理に基づく所定の評価関数EML2D(θ(1), φ(1),θ(2) , φ(2))を算出し、算出した評価関数値が一時的に記憶された評価関数値よりも小さい(又は大きい)場合、算出した評価関数値と、対応する角度とを用いて一時的に記憶する内容を更新する。
All combinations of horizontal and vertical maximum likelihood candidates are (N HLM +1) × (N VLM +1). The horizontal / vertical maximum
最尤候補の全ての組み合わせに対する探索範囲の探索が終了した際に一時的に記憶されている角度は、探索した角度の組み合わせの中で最尤推定の原理に基づく所定の評価関数EML2D(θ(1), φ(1),θ(2) , φ(2))が最小(最小値が最尤値の場合)又は最大(最大値が最尤値の場合)となる角度である。水平/垂直方向最尤推定部303は、当該角度を水平方向及び垂直方向の2次元の到来方向推定値(θ(1), φ(1),θ(2) , φ(2))として出力する。また、水平/垂直方向最尤推定部303は、算出された到来角の推定値とともに、その際の離散時刻k、ドップラー周波数fsΔΦを到来方向推定結果として出力してもよい。
The angle temporarily stored when the search of the search range for all combinations of maximum likelihood candidates is finished is a predetermined evaluation function E ML2D (θ that is based on the principle of maximum likelihood estimation among the combinations of the searched angles. (1) , φ (1) , θ (2) , φ (2) ) is an angle at which the minimum (if the minimum value is the maximum likelihood value) or the maximum (when the maximum value is the maximum likelihood value). The horizontal / vertical maximum
以上、バリエーション1に係る方向推定部214の動作について説明した。
The operation of the
以上のように、バリエーション1では、方向推定部214は、水平方向アレー最尤候補抽出部301及び垂直方向アレー最尤候補抽出部302において抽出される水平方向及び垂直方向の各々の最尤値となる角度に加えて、極値も含めた複数の角度候補(最尤候補)を用いて、水平方向及び垂直方向の2次元の最尤推定処理を行う。
As described above, in the
例えば、探索グリッド内の角度間隔を比較的粗く設定した場合には、誤って極値を最尤値としてしまうことがある。これに対して、バリエーション1では、方向推定部214は、探索グリッド内における最尤値に加え、所定条件(例えば、式(20)、(22)、(24)、(26)等)を満たす極値を最尤候補(角度候補)として含める。これにより、方向推定部214は、水平方向及び垂直方向の1次元方向の最尤推定処理により得られた最尤候補の組み合わせを用いて、水平方向及び垂直方向の2次元の最尤推定処理を行うことにより、評価関数値が最小又は最大の最尤候補(つまり、正しい最尤値)が得られる確率を高めることができる。
For example, when the angular intervals in the search grid are set relatively coarsely, the extremum may be erroneously set as the maximum likelihood value. On the other hand, in the
よって、バリエーション1によれば、水平方向及び垂直方向の2次元の最尤推定による到来角の推定精度を高めることができる。
Therefore, according to the
なお、バリエーション1では、水平方向アレー最尤候補推定部301及び垂直方向アレー最尤候補推定部302での探索回数の合計は、((NGH) C NW + (NGV) C NW)回となる。さらに、水平/垂直方向最尤推定部303は探索範囲を水平方向アレー最尤推定部301及び垂直方向アレー最尤推定部302の出力される角度範囲に限定することにより、水平/垂直方向最尤推定部303での探索回数の上限値は(NH+1)×(NV+1)×(Nw×Nw) CNw通りとなる。
In the
例えば、(NH+1)×(NV+1)を10〜20程度とした場合でも、方向推定部214の全探索回数においては、水平方向アレー最尤候補推定部301及び垂直方向アレー最尤候補推定部302での探索回数((NGV) C NW + (NGH) C NW )回の方が大きな割合を占める。すなわち、方向推定部214の全探索回数において、最尤値以外の極値を最尤候補として加えることに起因する探索回数の増加の影響は小さい。したがって、バリエーション1によれば、上記実施の形態と同様、従来方法よりも探索回数を大幅に削減できると同時に、2次元の最尤推定による到来角の推定精度を向上できる。
For example, even if (N H +1) × (N V +1) is approximately 10 to 20, the horizontal direction array maximum likelihood
(一実施の形態のバリエーション2)
方向推定部214(図6又は図11を参照)における2次元平面に対する最尤推定時に、水平/垂直方向最尤推定部244、303は、1次元方向(水平方向又は垂直方向)の最尤推定値を初期値として、最急勾配法によって角度グリッド間隔を狭めながら到来波の2次元平面における到来角を推定してもよい。
(
At the time of maximum likelihood estimation with respect to a two-dimensional plane in the direction estimation unit 214 (see FIG. 6 or FIG. 11), the horizontal / vertical maximum
これにより、方向推定部214は、上記実施の形態及びバリエーション1と同様、演算量増加を抑えて、到来角の推定精度を向上できる。
As a result, as in the above-described embodiment and
なお、方向推定部214の別の構成として、方向推定部214は、水平/垂直方向最尤推定部244又は303(図6又は図11を参照)の出力を初期値として、探索グリッド間隔をより狭めて局所探索を行う水平/垂直方向局部探索部401を設けてもよい。図12は、上記実施の形態(図6)の構成に対して水平/垂直方向局部探索部401を追加した方向推定部214の構成例を示すブロック図である。また、図13は、上記バリエーション1(図11)の構成に対して水平/垂直方向局部探索部401を追加した方向推定部214の構成例を示すブロック図である。
Note that as another configuration of the
水平/垂直方向局部探索部401において、水平/垂直方向最尤推定部244,303の出力を初期値として局所探索を行うことにより、上記実施の形態及びバリエーション1と同様、演算量の増加を抑えながら、到来角の推定精度を高めることができる。
In the horizontal / vertical
また、水平/垂直方向最尤推定部244,303は、水平/垂直方向局部探索部401への出力として、探索した角度の組み合わせの中で最尤推定の原理に基づく所定の評価関数EML2D(θ(1), φ(1),θ(2) , φ(2))が最小又は最大となる角度に加え、評価関数EML2D(θ(1), φ(1),θ(2) , φ(2))が次小値(second minimum)又は次大値(second maxiimum)等の複数の角度候補を出力してもよい。
Also, the horizontal / vertical maximum
この場合、水平/垂直方向局部探索部401は、水平/垂直方向最尤推定部244,303から入力される複数の角度候補をそれぞれ初期値として局所探索を行い、各角度候補の局所探索結果として得られる評価関数値の中で最小又は最大となる角度を、水平方向及び垂直方向の2次元の到来角の推定値として出力してもよい。
In this case, the horizontal / vertical
これにより、探索グリッド内の角度間隔によっては、誤って極値を最尤値としてしまうことがある。これに対して、水平/垂直方向局部探索部401は、複数の角度候補に対して探索グリッド内をより細かくして局所探索することができるため、正しい最尤値が得られる確率を高めることができる。よって、水平方向及び垂直方向の2次元の最尤推定による到来角の推定精度を高めることができる。
As a result, depending on the angular interval in the search grid, the extremum may be erroneously made the maximum likelihood value. On the other hand, since the horizontal / vertical
または、局所探索手法として、非特許文献1に記載されたAlternating Projection手法、非特許文献3に記載されたEM手法又はSAGE手法を適用してもよく、他の手法を適用してもよい。
Alternatively, as the local search method, the Alternating Projection method described in
(バリエーション3)
バリエーション3では、MIMOレーダ適用時に、仮想受信アレーの水平方向及び垂直方向のアレー開口が最大限拡張される配置を用いる。仮想受信アレーの水平方向及び垂直方向のアレー開口が最大限拡張される配置としては、例えば、送受信アレー(送信アンテナ106及び受信アンテナ202)をL字型又はT字に配置する場合が考えられる。なお、送受信アレーの配置はL字型及びT字型に限定されない。
(Variation 3)
これにより、レーダ装置10における角度分解能を更に高めることができる。
Thereby, the angular resolution in the
一例として、図14Aは、バリエーション3に係るレーダ装置(MIMOレーダ)のアレーアンテナ構成の一例を示す。
As an example, FIG. 14A illustrates an example of an array antenna configuration of a radar device (MIMO radar) according to
図14Aでは、送信アンテナ106の個数Nt=4個とし、受信アンテナ202の個数Na=4個とする。また、4個の送信アンテナ106をTx#1〜Tx#4で表し、4個の受信アンテナ202をRx#1〜Rx#4で表す。また、図14Bは、図14Aに示すアンテナ配置によって得られる仮想受信アレーの配置を示す。
In FIG. 14A, the number Nt of
図14Aにおいて、送信アレーアンテナでは、L字を上下反転させた形状で4アンテナが配置され、受信アレーアンテナでは、L字を左右反転させた形状で4アンテナが配置されている。この場合、図14Bに示す16アンテナ(VA#1〜VA#16)からなる仮想受信アレー配置が得られる。
In FIG. 14A, in the transmitting array antenna, four antennas are arranged in a shape in which the L-shape is inverted upside down, and in the receiving array antenna, four antennas are arranged in a shape in which the L-shape is horizontally inverted. In this case, a virtual reception array arrangement consisting of 16 antennas (
図14Bに示す仮想受信アレーでは、水平方向及び垂直方向のアンテナ開口長DH,DVは、それぞれ、DH=5dH, DV=5dVとなる。ここで、dHは送信アレーアンテナの水平方向の素子間隔であり、dVは送信アレーアンテナの垂直方向の素子間隔である。 In the virtual reception array shown in FIG. 14B, the antenna aperture lengths D H and D V in the horizontal and vertical directions are D H = 5 d H and D V = 5 d V , respectively. Here, d H is the element spacing in the horizontal direction of the transmitting array antenna, and d V is the element spacing in the vertical direction of the transmitting array antenna.
図14Bの場合、図6に示す水平方向アレー最尤推定部242(又は図11に示す水平方向アレー最尤候補抽出部301)は、NVAH =6、3、3の水平方向アレー相関ベクトル{hSubH(1)(k、fs, w)、hSubH(2)(k、fs, w)、hSubH(3)(k、fs, w)}(つまり、NsubH=3個の仮想水平方向直線アレー)を用いることができる。各水平方向アレー相関ベクトルに含まれる仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k、fs, w)の要素番号はそれぞれ{VA#5,VA#6,VA#9,VA#10,VA#13,VA#14}, {VA#7,VA#11,VA#15}, {VA#8,VA#12,VA#16}である。
In the case of FIG. 14B, the horizontal array maximum
また、水平方向アレー相関ベクトル{hSubH(1)(k、fs, w)、hSubH(2)(k、fs, w)、hSubH(3)(k、fs, w)}に対応した水平方向アレー方向ベクトル{aSubH(1)(θu,α)、aSubH(2)(θu,α)、aSubH(3)(θu,α)}は、仮想受信アレーの方向ベクトルa(θu,φv)の要素番号{VA#5,VA#6,VA#9,VA#10,VA#13,VA#14}, {VA#7,VA#11,VA#15}, {VA#8,VA#12,VA#16}をそれぞれ抽出して構成される列ベクトルである。
Also, corresponding to horizontal array correlation vector {h SubH (1) (k, fs, w), h SubH (2) (k, fs, w), h SubH (3) (k, fs, w)} The horizontal array direction vector {a SubH (1) (θ u , α), a Sub H (2) (θ u , α), a Sub H (3) (θ u , α)} is the direction vector of the virtual reception array Element numbers of a (θ u , φ v ) {
なお、水平方向アレー最尤推定部242(又は水平方向アレー最尤候補抽出部301)は、最尤推定処理に用いる水平方向アレー相関ベクトルとして、最も開口長が長い水平方向アレー相関ベクトルのみを選択して用いてもよい。例えば、図14Bの場合、最も開口長が長い水平方向アレー相関ベクトルとして、NVAH =6の水平方向アレー相関ベクトルhSubH(1)(k、fs, w)が用いられる。これにより、評価関数値の演算量を低減することができる。 Note that the horizontal array maximum likelihood estimation unit 242 (or the horizontal array maximum likelihood candidate extraction unit 301) selects only the horizontal array correlation vector with the longest aperture length as the horizontal array correlation vector used for maximum likelihood estimation processing. You may use it. For example, in the case of FIG. 14B, the horizontal array correlation vector h SubH (1) (k, fs, w) of N VAH = 6 is used as the horizontal array correlation vector with the longest aperture length. As a result, the amount of calculation of the evaluation function value can be reduced.
また、図14Bの場合、図6に示す垂直方向アレー最尤推定部243(又は図11に示す垂直方向アレー最尤候補抽出部302)は、NVAV =6、3、3の垂直方向アレー相関ベクトル{hSubV(1)(k、fs, w)、hSubV(2)(k、fs, w)、hSubV(3)(k、fs, w)}(つまり、NsubV=3個の仮想垂直方向直線アレー)を用いることができる。各垂直方向アレー相関ベクトルに含まれる仮想受信アレー相関ベクトルh_after_cal(k、fs, w)の要素番号はそれぞれ{VA#2,VA#3,VA#4,VA#6,VA#7,VA#8}, {VA#10,VA#11,VA#12}, {VA#14,VA#15,VA#16}である。
Further, in the case of FIG. 14B, (vertical array maximum likelihood
また、垂直方向アレー相関ベクトル{hSubV(1)(k、fs, w)、hSubV(2)(k、fs, w)、hSubV(3)(k、fs, w)}に対応した垂直方向アレー方向ベクトル{aSubV(1)(αSV、φν)、aSubV(2)(αSV、φν)、aSubV(3)(αSV、φν)}は、仮想受信アレーの方向ベクトルa(θu,φv)の要素番号{VA#2,VA#3,VA#4,VA#6,VA#7,VA#8}, {VA#10,VA#11,VA#12}, {VA#14,VA#15,VA#16}をそれぞれ抽出して構成される列ベクトルである。
Also, it corresponds to vertical array correlation vector {h SubV (1) (k, fs, w), h SubV (2) (k, fs, w), h SubV (3) (k, fs, w)} vertical array direction vector {a SubV (1) (α SV, φ ν), a SubV (2) (α SV, φ ν), a SubV (3) (α SV, φ ν)} , the virtual reception array Element number {
なお、垂直方向アレー最尤推定部243(又は垂直方向アレー最尤候補抽出部302)は、最尤推定処理に用いる垂直方向アレー相関ベクトルとして、最も開口長が長い垂直方向アレー相関ベクトルのみを選択して用いてもよい。例えば、図14Bの場合、最も開口長が長い垂直方向アレー相関ベクトルとして、NVAV =6の垂直方向アレー相関ベクトルhSubV(1)(k、fs, w)が用いられる。これにより、評価関数値の演算量を低減することができる効果が得られる。 Note that the vertical array maximum likelihood estimation unit 243 (or the vertical array maximum likelihood candidate extraction unit 302) selects only the vertical array correlation vector with the longest aperture length as the vertical array correlation vector used for the maximum likelihood estimation process. You may use it. For example, in the case of FIG. 14B, most aperture length is long vertical array correlation vector, N vertical array correlation vector h SubV (1) of the VAV = 6 (k, fs, w) is used. Thus, the effect of reducing the amount of calculation of the evaluation function value can be obtained.
ここで、バリエーション3に係る送受信アレーアンテナ(図14A)、及び、図1Aに示す送受信アンテナは、双方とも4個の送信アンテナ及び4個の受信アンテナから構成される。図1Bに示す仮想受信アレーでは、水平方向及び垂直方向の開口長がそれぞれ3dH及び3dVである。これに対して、図14Bに示すように、バリエーション3では、水平方向及び垂直方向の開口長がそれぞれ5dH及び5dVである。つまり、バリエーション3では、図1Bと比較して、同数の送受信アンテナで構成されるものの、仮想受信アレーにおける開口長を増加させることができる。
Here, the transmission / reception array antenna (FIG. 14A) according to the
バリエーション3のように、送受信アレーアンテナをL字形状(図14Aを参照)又はT字形状(図示せず)を基にした配置を用いることで、水平方向アレー相関ベクトル又は垂直方向アレー相関ベクトルの要素数(NVAH又はNVAV)を最大限に増加させ、仮想水平方向直線アレー又は仮想垂直方向アレーの開口長を最大限に拡大することができる。これにより、水平方向又は垂直方向における到来角の推定精度を向上できる。
As in the
以上、本開示の一態様に係る実施の形態について説明した。 The embodiments according to one aspect of the present disclosure have been described above.
なお、上記実施の形態、及び、各バリエーションに係る動作を適宜組み合わせて実施してもよい。 In addition, you may implement combining the operation | movement which concerns on the said embodiment and each variation suitably.
[他の実施の形態]
(1)送信アンテナ数Ntは図7Aに示す3素子又は図14Aに示す4素子に限らず、受信アンテナ数Naは図7Aに示す3素子又は図14Aに示す4素子に限らない。また、本開示は、図7A、図7B、図14A、図14Bに示す送受信アレーアンテナ配置(仮想受信アレー配置)に限定されず、水平方向及び垂直方向の2次元的に配置された仮想受信アレーに適用可能である。
Other Embodiments
(1) The number Nt of transmitting antennas is not limited to the three elements shown in FIG. 7A or the four elements shown in FIG. 14A, and the number Na of receiving antennas is not limited to the three elements shown in FIG. 7A or the four elements shown in FIG. Further, the present disclosure is not limited to the transmission / reception array antenna arrangement (virtual reception array arrangement) shown in FIGS. 7A, 7B, 14A and 14B, and is a two-dimensionally arranged virtual reception array in the horizontal and vertical directions. Applicable to
(2)上記実施の形態では、符号化パルスレーダを用いる場合について説明したが、本開示は、チャープ(Chirp)パルスレーダのような周波数変調したパルス波を用いたレーダ方式についても適用可能である。 (2) In the above embodiment, the case of using the coded pulse radar has been described, but the present disclosure is also applicable to a radar system using a frequency modulated pulse wave such as a Chirp pulse radar. .
(3)上記実施の形態では、一例として、MIMOレーダの送受信アレーアンテナの配置によって決定される仮想受信アレーを用いて到来方向推定を行う場合について説明したが、本開示は、これに限定されず、送信アンテナを1アンテナとし、水平方向及び垂直方向に2次元的に配置された複数の受信アレーアンテナを用いて到来方向推定を行う場合にも適用可能である。 (3) In the above embodiment, as an example, the case of performing the arrival direction estimation using a virtual reception array determined by the arrangement of transmission / reception array antennas of the MIMO radar has been described, but the present disclosure is not limited thereto The present invention is also applicable to the case of performing arrival direction estimation using a single transmitting antenna and a plurality of receiving array antennas arranged two-dimensionally in the horizontal direction and the vertical direction.
(4)図2に示すレーダ装置10において、レーダ送信部100及びレーダ受信部200は、物理的に離れた場所に個別に配置されてもよい。また、図2に示すレーダ受信部200において、方向推定部214(到来方向推定装置)と、他の構成部とは、物理的に離れた場所に個別に配置されてもよい。
(4) In the
(5)レーダ装置10は、図示しないが、例えば、CPU(Central Processing Unit)、制御プログラムを格納したROM(Read Only Memory)等の記憶媒体、およびRAM(Random Access Memory)等の作業用メモリを有する。この場合、上記した各部の機能は、CPUが制御プログラムを実行することにより実現される。但し、レーダ装置10のハードウェア構成は、かかる例に限定されない。例えば、レーダ装置10の各機能部は、集積回路であるIC(Integrated Circuit)として実現されてもよい。各機能部は、個別に1チップ化されてもよいし、その一部または全部を含むように1チップ化されてもよい。
(5) Although not shown, the
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。 Although various embodiments have been described above with reference to the drawings, it goes without saying that the present disclosure is not limited to such examples. It is apparent that those skilled in the art can conceive of various modifications or alterations within the scope described in the claims, and they are naturally within the technical scope of the present disclosure. It is understood. In addition, the components in the above-described embodiment may be arbitrarily combined without departing from the scope of the disclosure.
上記各実施形態では、本開示はハードウェアを用いて構成する例にとって説明したが、本開示はハードウェアとの連携においてソフトウェアでも実現することも可能である。 In the above embodiments, the present disclosure has been described as an example configured using hardware, but the present disclosure can also be realized with software in cooperation with hardware.
また、上記各実施形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるLSIとして実現される。集積回路は、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックを制御し、入力端子と出力端子を備えてもよい。これらは個別に1チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように1チップ化されてもよい。ここでは、LSIとしたが、集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。 Further, each functional block employed in the description of each of the above-described embodiments may typically be implemented as an LSI constituted by an integrated circuit. The integrated circuit may control each functional block used in the description of the above embodiment and may include an input terminal and an output terminal. These may be individually made into one chip, or may be made into one chip so as to include some or all. Although an LSI is used here, it may be called an IC, a system LSI, a super LSI, or an ultra LSI depending on the degree of integration.
また、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサを用いて実現してもよい。LSI製造後に、プログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)、LSI内部の回路セルの接続又は設定を再構成可能なリコンフィギュラブル プロセッサ(Reconfigurable Processor)を利用してもよい。 Further, the method of circuit integration is not limited to LSI's, and implementation using dedicated circuitry or general purpose processors is also possible. After the LSI is manufactured, an FPGA (field programmable gate array) that can be programmed, or a reconfigurable processor that can reconfigure connection or setting of circuit cells in the LSI may be used.
さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術により、LSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックを集積化してもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。 Furthermore, if integrated circuit technology comes out to replace LSI's as a result of the advancement of semiconductor technology or a derivative other technology, it is naturally also possible to integrate functional blocks using this technology. The application of biotechnology etc. may be possible.
<本開示のまとめ>
本開示のレーダ装置は、送信アレーアンテナを用いてレーダ信号を送信する送信部と、受信アレーアンテナを用いて、前記レーダ信号がターゲットにおいて反射された反射波信号を受信する受信部と、前記受信された反射波信号の到来角を推定する方向推定部と、を具備し、前記方向推定部は、前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの配置に基づいて構成される仮想的な受信アレーに含まれる複数の仮想受信アンテナのうち、第1の方向に直線的に配置される仮想受信アンテナによって構成される第1の仮想直線アレーの受信信号を用いて、前記第1の方向に対する最尤推定処理により前記第1の方向におけるNW(NWは1以上の整数)個の角度に対応する第1の最尤値を算出し、少なくとも前記第1の最尤値を含む前記第1の方向における到来波の第1の到来角候補を抽出する第1の推定部と、前記複数の仮想受信アンテナのうち、前記第1の方向と直交する第2の方向に直線的に配置される仮想受信アンテナによって構成される第2の仮想直線アレーの受信信号を用いて、前記第2の方向に対する最尤推定処理により前記第2の方向における前記NW個の角度に対応する第2の最尤値を算出し、少なくとも前記第2の最尤値を含む前記第2の方向における到来波の第2の到来角候補を抽出する第2の推定部と、前記第1の到来角候補及び前記第2の到来角候補を用いて、前記第1の方向及び前記第2の方向に拡がる2次元平面における前記NW個の到来波の到来角を推定する第3の推定部と、を具備する。
<Summary of this disclosure>
A radar device according to the present disclosure includes: a transmitting unit that transmits a radar signal using a transmitting array antenna; a receiving unit that receives a reflected wave signal in which the radar signal is reflected by a target using a receiving array antenna; A direction estimation unit for estimating an arrival angle of the reflected wave signal, and the direction estimation unit is included in a virtual reception array configured based on the arrangement of the transmission array antenna and the reception array antenna Maximum likelihood estimation process for the first direction by using the reception signal of the first virtual straight line array configured by the virtual reception antennas linearly arranged in the first direction among the plurality of virtual reception antennas Calculates a first maximum likelihood value corresponding to NW (NW is an integer of 1 or more) angles in the first direction, and the first direction including at least the first maximum likelihood value A first estimation unit for extracting a first arrival angle candidate of an incoming wave in a direction, and a virtual arrangement linearly arranged in a second direction orthogonal to the first direction among the plurality of virtual reception antennas A second maximum likelihood value corresponding to the NW angles in the second direction by maximum likelihood estimation processing for the second direction using a received signal of the second virtual linear array configured by the receiving antenna. A second estimation unit for calculating a second arrival angle candidate of the arrival wave in the second direction including at least the second maximum likelihood value, and calculating the first arrival angle candidate and the second And a third estimation unit configured to estimate angles of arrival of the NW arrival waves in a two-dimensional plane extending in the first direction and the second direction using the arrival angle candidate of
本開示のレーダ装置において、前記第3の推定部は、前記第1の最尤値に対応する前記NW個の角度と前記第2の最尤値に対応する前記NW個の角度との組み合わせの中から、前記2次元平面における前記NW個の到来波の到来角を決定する。 In the radar device of the present disclosure, the third estimation unit may be a combination of the NW angles corresponding to the first maximum likelihood value and the NW angles corresponding to the second maximum likelihood value. Among them, the arrival angles of the NW arrival waves in the two-dimensional plane are determined.
本開示のレーダ装置において、前記第1の推定部は、前記第1の最尤値に対応する前記NW個の角度、及び、前記最尤推定処理に使用される第1の評価関数における前記第1の最尤値以外の少なくとも1つの極値に対応する前記NW個の角度を含む前記第1の到来角候補を抽出し、前記第2の推定部は、前記第2の最尤値に対応する前記NW個の角度、及び、前記最尤推定処理に使用される第2の評価関数における前記第2の最尤値以外の少なくとも1つの極値に対応する前記NW個の角度を含む前記第2の到来角候補を抽出し、前記第3の推定部は、前記第1の到来角候補と前記第2の到来角候補との組み合わせの中から、前記2次元平面における前記NW個の到来波の到来角を決定する。 In the radar device of the present disclosure, the first estimation unit may determine the NW angles corresponding to the first maximum likelihood value, and the first estimation function used in the maximum likelihood estimation process. The first arrival angle candidate including the NW angles corresponding to at least one extreme value other than the maximum likelihood value of 1 is extracted, and the second estimation unit corresponds to the second maximum likelihood value. And the NW angles corresponding to at least one extreme value other than the second maximum likelihood value in the second evaluation function used in the maximum likelihood estimation process. The second estimation unit extracts two arrival angle candidates, and the third estimation unit extracts the NW arriving waves in the two-dimensional plane from among the combinations of the first arrival angle candidate and the second arrival angle candidate. Determine the arrival angle of
本開示のレーダ装置において、前記第3の推定部は、前記第1の到来角候補及び前記第2の到来角候補の組み合わせに対して2次元平面に対する最尤推定処理を行って、前記2次元平面における前記NW個の到来波の到来角を推定する。 In the radar device of the present disclosure, the third estimation unit performs maximum likelihood estimation processing on a two-dimensional plane with respect to a combination of the first arrival angle candidate and the second arrival angle candidate, The arrival angles of the NW arrival waves in a plane are estimated.
本開示のレーダ装置において、前記第3の推定部は、前記第1の到来角候補及び前記第2の到来角候補を初期値とする最急勾配法によって、前記2次元平面における前記NW個の到来波の到来角を推定する。 In the radar device according to the present disclosure, the third estimation unit may use the NW number of in the two-dimensional plane according to the steepest gradient method having the first arrival angle candidate and the second arrival angle candidate as initial values. Estimate the arrival angle of the incoming wave.
本開示のレーダ装置において、前記最尤推定処理では、前記仮想受信アンテナの受信信号、及び、前記仮想受信アンテナにおける方向ベクトルを含む評価関数が使用され、前記評価関数に使用されるパラメータのうち、前記方向ベクトルに関するパラメータは予め記憶される。 In the radar apparatus according to the present disclosure, in the maximum likelihood estimation process, an evaluation function including a reception signal of the virtual reception antenna and a direction vector of the virtual reception antenna is used, and among parameters used for the evaluation function, Parameters related to the direction vector are stored in advance.
本開示の到来方向推定装置は、複数の受信アンテナを用いて、受信された信号の到来角を推定する到来方向推定装置であって、前記複数の受信アンテナのうち、第1の方向に直線的に配置される受信アンテナによって構成される第1の直線アレーの受信信号を用いて、前記第1の方向に対する最尤推定処理により前記第1の方向におけるNW(NWは1以上の整数)個の角度に対応する第1の最尤値を算出し、少なくとも前記第1の最尤値を含む前記第1の方向における到来波の第1の到来角候補を抽出する第1の推定部と、前記複数の受信アンテナのうち、前記第1の方向と直交する第2の方向に直線的に配置される受信アンテナによって構成される第2の直線アレーの受信信号を用いて、前記第2の方向に対する最尤推定処理により前記第2の方向における前記NW個の角度に対応する第2の最尤値を算出し、少なくとも前記第2の最尤値を含む前記第2の方向における到来波の第2の到来角候補を抽出する第2の推定部と、前記第1の到来角候補及び前記第2の到来角候補を用いて、前記第1の方向及び前記第2の方向に拡がる2次元平面における前記NW個の到来波の到来角を推定する第3の推定部と、を具備する。 An arrival direction estimation apparatus according to the present disclosure is an arrival direction estimation apparatus that estimates an arrival angle of a received signal using a plurality of receiving antennas, and is linear in a first direction among the plurality of receiving antennas. Using the received signal of the first linear array configured by the receiving antennas arranged in the first to the NWs in the first direction (NW is an integer of 1 or more) by maximum likelihood estimation processing for the first direction. A first estimation unit which calculates a first maximum likelihood value corresponding to an angle, and extracts a first arrival angle candidate of an incoming wave in the first direction including at least the first maximum likelihood value; Using a reception signal of a second linear array composed of reception antennas linearly arranged in a second direction orthogonal to the first direction among a plurality of reception antennas, using a reception signal in the second direction According to the maximum likelihood estimation process, the second Calculating a second maximum likelihood value corresponding to the NW angles in the second direction, and extracting a second arrival angle candidate of the incoming wave in the second direction including at least the second maximum likelihood value; And the arrival angles of the NW arrival waves in a two-dimensional plane extending in the first direction and the second direction using the first arrival angle candidate and the second arrival angle candidate. And a third estimation unit for estimating
本開示は、広角範囲を検知するレーダ装置として好適である。 The present disclosure is suitable as a radar device that detects a wide-angle range.
10 レーダ装置
100 レーダ送信部
200 レーダ受信部
300 基準信号生成部
101,101a レーダ送信信号生成部
102 符号生成部
103 変調部
104 LPF
105 送信無線部
106 送信アンテナ
111 符号記憶部
112 DA変換部
201 アンテナ系統処理部
202 受信アンテナ
203 受信無線部
204 増幅器
205 周波数変換器
206 直交検波器
207 信号処理部
208,209 AD変換部
210 分離部
211 相関演算部
212 加算部
213 ドップラー周波数解析部
214 方向推定部
241 アンテナ間偏差補正部
242 水平方向アレー最尤推定部
243 垂直方向アレー最尤推定部
244,303 水平/垂直方向最尤推定部
301 水平方向アレー最尤候補抽出部
302 垂直方向アレー最尤候補抽出部
401 水平/垂直方向局部探索部
105 transmit
Claims (7)
受信アレーアンテナを用いて、前記レーダ信号がターゲットにおいて反射された反射波信号を受信する受信部と、
前記受信された反射波信号の到来角を推定する方向推定部と、
を具備し、
前記方向推定部は、
前記送信アレーアンテナ及び前記受信アレーアンテナの配置に基づいて構成される仮想的な受信アレーに含まれる複数の仮想受信アンテナのうち、第1の方向に直線的に配置される仮想受信アンテナによって構成される第1の仮想直線アレーの受信信号を用いて、前記第1の方向に対する最尤推定処理により前記第1の方向におけるNW(NWは1以上の整数)個の角度に対応する第1の最尤値を算出し、少なくとも前記第1の最尤値を含む前記第1の方向における到来波の第1の到来角候補を抽出する第1の推定部と、
前記複数の仮想受信アンテナのうち、前記第1の方向と直交する第2の方向に直線的に配置される仮想受信アンテナによって構成される第2の仮想直線アレーの受信信号を用いて、前記第2の方向に対する最尤推定処理により前記第2の方向における前記NW個の角度に対応する第2の最尤値を算出し、少なくとも前記第2の最尤値を含む前記第2の方向における到来波の第2の到来角候補を抽出する第2の推定部と、
前記第1の到来角候補及び前記第2の到来角候補を用いて、前記第1の方向及び前記第2の方向に拡がる2次元平面における前記NW個の到来波の到来角を推定する第3の推定部と、
を具備するレーダ装置。 A transmitting unit that transmits a radar signal using a transmitting array antenna;
A receiving unit for receiving a reflected wave signal in which the radar signal is reflected at a target using a receiving array antenna;
A direction estimation unit for estimating an arrival angle of the received reflected wave signal;
Equipped with
The direction estimation unit
A plurality of virtual reception antennas included in a virtual reception array configured based on the arrangement of the transmission array antenna and the reception array antenna, the virtual reception antenna being linearly arranged in a first direction; First received the signals of the first imaginary straight line array, the first maximum corresponding to NW (NW is an integer of 1 or more) angles in the first direction by maximum likelihood estimation processing for the first direction. A first estimation unit that calculates a likelihood value and extracts a first arrival angle candidate of an arrival wave in the first direction that includes at least the first maximum likelihood value;
The reception signal of the second virtual linear array, which is formed of virtual reception antennas linearly arranged in a second direction orthogonal to the first direction, among the plurality of virtual reception antennas, A second maximum likelihood value corresponding to the NW angles in the second direction is calculated by maximum likelihood estimation processing for two directions, and an arrival in the second direction including at least the second maximum likelihood value is calculated. A second estimation unit that extracts a second arrival angle candidate of the wave;
Thirdly, using the first arrival angle candidate and the second arrival angle candidate, the third embodiment estimates an arrival angle of the NW arrival waves in a two-dimensional plane extending in the first direction and the second direction. Estimation part of,
Radar equipment.
請求項1に記載のレーダ装置。 The third estimation unit is configured to select the two-dimensional plane from among combinations of the NW angles corresponding to the first maximum likelihood value and the NW angles corresponding to the second maximum likelihood value. Determine the angle of arrival of the NW arriving waves at
The radar apparatus according to claim 1.
前記第2の推定部は、前記第2の最尤値に対応する前記NW個の角度、及び、前記最尤推定処理に使用される第2の評価関数における前記第2の最尤値以外の少なくとも1つの極値に対応する前記NW個の角度を含む前記第2の到来角候補を抽出し、
前記第3の推定部は、前記第1の到来角候補と前記第2の到来角候補との組み合わせの中から、前記2次元平面における前記NW個の到来波の到来角を決定する、
請求項1に記載のレーダ装置。 The first estimation unit determines the NW angles corresponding to the first maximum likelihood value, and the first maximum likelihood value in a first evaluation function used in the maximum likelihood estimation process. Extracting the first arrival angle candidate including the NW angles corresponding to at least one extremum;
The second estimation unit determines the NW angles corresponding to the second maximum likelihood value, and the second maximum likelihood value in a second evaluation function used in the maximum likelihood estimation process. Extracting the second arrival angle candidate including the NW angles corresponding to at least one extremum;
The third estimation unit determines the arrival angles of the NW arrival waves in the two-dimensional plane from among the combination of the first arrival angle candidate and the second arrival angle candidate.
The radar apparatus according to claim 1.
請求項1にに記載のレーダ装置。 The third estimation unit performs maximum likelihood estimation processing on the two-dimensional plane with respect to a combination of the first arrival angle candidate and the second arrival angle candidate to obtain the NW number of the NW in the two-dimensional plane. Estimate the angle of arrival of the incoming wave,
The radar apparatus according to claim 1.
請求項1に記載のレーダ装置。 The third estimation unit estimates the arrival angles of the NW arrival waves in the two-dimensional plane by the steepest gradient method using the first arrival angle candidate and the second arrival angle candidate as initial values. Do,
The radar apparatus according to claim 1.
前記評価関数に使用されるパラメータのうち、前記方向ベクトルに関するパラメータは予め記憶される、
請求項1に記載のレーダ装置。 In the maximum likelihood estimation process, an evaluation function including a reception signal of the virtual reception antenna and a direction vector of the virtual reception antenna is used.
Among the parameters used for the evaluation function, parameters related to the direction vector are stored in advance.
The radar apparatus according to claim 1.
前記複数の受信アンテナのうち、第1の方向に直線的に配置される受信アンテナによって構成される第1の直線アレーの受信信号を用いて、前記第1の方向に対する最尤推定処理により前記第1の方向におけるNW(NWは1以上の整数)個の角度に対応する第1の最尤値を算出し、少なくとも前記第1の最尤値を含む前記第1の方向における到来波の第1の到来角候補を抽出する第1の推定部と、
前記複数の受信アンテナのうち、前記第1の方向と直交する第2の方向に直線的に配置される受信アンテナによって構成される第2の直線アレーの受信信号を用いて、前記第2の方向に対する最尤推定処理により前記第2の方向における前記NW個の角度に対応する第2の最尤値を算出し、少なくとも前記第2の最尤値を含む前記第2の方向における到来波の第2の到来角候補を抽出する第2の推定部と、
前記第1の到来角候補及び前記第2の到来角候補を用いて、前記第1の方向及び前記第2の方向に拡がる2次元平面における前記NW個の到来波の到来角を推定する第3の推定部と、を具備する、
到来方向推定装置。 A direction-of-arrival estimation apparatus for estimating an angle of arrival of a received signal using a plurality of receiving antennas, comprising:
The maximum likelihood estimation process for the first direction is performed using a reception signal of a first linear array constituted by the reception antennas arranged in the first direction among the plurality of reception antennas. Calculating a first maximum likelihood value corresponding to NW (NW is an integer of 1 or more) angles in one direction, and at least the first of the incoming wave in the first direction including the first maximum likelihood value; A first estimation unit that extracts an arrival angle candidate of
The second direction using the reception signal of the second linear array configured by the reception antennas linearly arranged in the second direction orthogonal to the first direction among the plurality of reception antennas. Calculating a second maximum likelihood value corresponding to the NW angles in the second direction by the maximum likelihood estimation process for the second direction, the second maximum likelihood value of the arrival wave in the second direction including at least the second maximum likelihood value A second estimation unit that extracts two arrival angle candidates;
Thirdly, using the first arrival angle candidate and the second arrival angle candidate, the third embodiment estimates an arrival angle of the NW arrival waves in a two-dimensional plane extending in the first direction and the second direction. And an estimation unit of
Direction of arrival estimation device.
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